JP2020087789A - Reactor and fuel cell power generation system - Google Patents
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Abstract
【課題】反応の促進を可能とする反応装置を提供する。【解決手段】酸素透過膜付燃焼器20は、燃料極オフガスが流入可能な燃焼空間22Aと、燃焼空間22Aの内周側に気体透過膜23を隔てて配置され空気極オフガスが流入可能な空気流路24Aと、を備え、燃焼空間22A、及び空気流路24Aは、筒軸方向に向けて螺旋状に形成されており、燃焼空間22Aでは、第2燃料極オフガス中の可燃ガス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。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reaction device capable of promoting a reaction. SOLUTION: A combustion combustor 20 with an oxygen permeation film is arranged on a combustion space 22A into which a fuel electrode off gas can flow in and an air permeation film 23 on the inner peripheral side of the combustion space 22A so as to allow an air electrode off gas to flow in. The combustion space 22A and the air flow path 24A are spirally formed in the direction of the cylinder axis, and the combustion space 22A includes the combustible gas and oxygen in the second fuel electrode off gas. A combustion reaction occurs, producing carbon dioxide and water vapor. [Selection diagram] Fig. 1
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 reaction device and a fuel cell power generation system that includes the reaction device and that generates electric power using a carbon compound fuel.
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 a carbon compound fuel is used in a fuel cell power generation system, carbon dioxide gas is contained in the exhaust gas discharged from the fuel cell. It is considered to separate carbon dioxide gas from this exhaust gas (see, for example, Patent Documents 1 to 5).
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 easy to transport, press-fit and fix into the reservoir, and use for commercial and industrial purposes.
Since the exhaust gas contains gas (impurity) other than carbon dioxide gas, it is necessary to remove gas other than carbon dioxide gas in order to obtain liquefied carbon dioxide with few impurities. Although there are devices that obtain high-concentration carbon dioxide gas by reacting unburned components of exhaust gas with oxygen, it is demanded 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 generate and store carbon from the separated carbon dioxide gas in order to prevent the carbon dioxide gas from being released into the atmosphere. There is known a carbon production device that produces carbon by reacting (reducing) carbon dioxide gas and hydrogen under a catalyst (see, for example, Patent Document 5). The reduction reaction requires a high temperature, and when starting the reduction reaction, for example, it is necessary to burn hydrogen to rapidly heat the carbon dioxide gas, hydrogen, and the catalyst with the heat of the combustion gas.
As described above, various reactions are performed in the fuel cell power generation system, and it is desired to promote 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。 The present invention has been made in consideration of the above facts, and an object of the present invention is to provide a reactor capable of promoting a reaction and a fuel cell power generation system including the reactor.
請求項1に記載の反応装置は、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 reactor according to claim 1, wherein the partition wall has a tubular shape and separates an inner first flow path and an outer second flow path, and at least one of the first flow path and the second flow path. A catalyst that is provided and that promotes a reaction between gases, and a partition member that is provided in at least one of the first flow path and the second flow path and that has a spiral shape inside the flow path in the direction of the cylinder axis, Is equipped with.
請求項1に記載の反応装置では、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 a plurality of types of gas can be passed through the first flow path, and one or a plurality of types of gas can be flowed through the second flow path. The same gas or different gases can be passed through the first flow path and the second flow path.
Further, different kinds of gas can be reacted with each other in the first flow path or the second flow path formed in a spiral shape.
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 cylinder axis direction. As a form, for example, the first flow path is linear in the cylinder axis direction. A first mode in which the second flow path is spiral in the cylinder axis direction, a first flow path is spiral in the cylinder axis direction, and the second flow path is linear in the cylinder axis direction There is a second form and a third form in which the first flow path is spiraled in the cylinder axis direction and the second flow path is also spiraled in the cylinder axis direction.
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。 Since the flow path formed in a spiral shape in the cylinder axis direction can have a longer flow path length from one end to the other end as compared with a flow path formed in a straight line in the cylinder axis direction, In the flow path, it is possible to lengthen the time for which the gases react with each other, the residence time of the gases, and the residence time of the reaction product generated by the reaction of the gases.
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 different gases are introduced from one end side of the spiral flow path, and heat generation of one gas and the other gas The reaction product generated by the reaction is caused to flow in a long flow path for a long time, and the heat generated by the exothermic reaction is adjoined for a long time (in contrast to a linear flow path) in the first flow path or the second flow path. It can be sufficiently applied to the other side of the road.
Further, 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, It is also possible to reliably cause an endothermic reaction between different gases 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。 Further, two different kinds of gas can be introduced from one end side of the spiral flow path, and one gas and the other gas can react with each other in a long flow path over time.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の反応装置において、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。 The invention according to claim 2 is the reaction apparatus according to claim 1, wherein the partition wall is a gas permeation that allows a gas used for a reaction to permeate from one of the first flow path and the second flow path to the other. Equipped with a membrane.
請求項2に記載の反応装置では、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。
The reaction apparatus according to claim 2, wherein the partition wall that separates the first flow path and the second flow path allows the gas used in the reaction from one of the first flow path and the second flow path to permeate to the other. Since it has a membrane, the gas in the first channel permeates the gas permeable membrane and flows into the second channel, and the gas in the second channel permeates the gas permeable membrane and flows into the first channel. Can be made
Therefore, the gas in the first flow path and the gas in the second flow path can react with each other in the first flow path or the second flow path. Further, the reaction between gases can be promoted by a catalyst.
請求項3に記載の発明は、請求項2記載の反応装置において、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。 According to a third aspect of the present invention, in the reaction apparatus according to the second aspect, the catalyst is laminated on the gas permeable side of the gas permeable membrane.
請求項3に記載の反応装置では、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 reaction device according to the third aspect, since the catalyst is provided on the gas permeable side of the gas permeable membrane, the reaction between the gases can be promoted in the gas permeable side flow path.
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。 Further, if the flow path for causing the reaction between the gases is formed in a spiral shape, the reaction time can be made long in the spiral flow path.
請求項4に記載の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請求項3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。 The fuel cell power generation system according to claim 4 generates power by a fuel gas containing a carbon compound and supplied to a fuel electrode and an oxidant gas containing oxygen and supplied to an air electrode, and unreacted from the fuel electrode. A fuel cell in which the fuel electrode off gas containing the fuel gas and the first carbon dioxide gas is discharged, and the air electrode off gas containing oxygen is discharged from the air electrode; and the first flow path and the second flow path. One is a reaction path provided with an oxidation catalyst as the catalyst and the partition member, the gas permeable film is an oxygen permeable film, and the other of the first flow path and the second flow path is an air electrode. The reactor according to claim 3, which is an off gas passage, a first introduction passage for introducing the fuel electrode off gas into the reaction passage, and a second introduction for introducing the air electrode off gas into the air electrode off gas passage. A second passage, and second carbon dioxide is generated in the reaction passage by an oxidation reaction between the carbon compound in the fuel electrode off-gas and oxygen that has permeated the oxygen permeable membrane from the first passage. ..
請求項4に記載の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 claim 4, a fuel gas containing a carbon compound is supplied to a fuel electrode of the fuel cell, and an oxidant gas containing oxygen is supplied to an air electrode, whereby the fuel cell generates power, The fuel electrode off gas containing unreacted fuel gas and the first carbon dioxide gas is discharged from the fuel electrode, and the 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 reaction device, as an example, the fuel electrode off-gas is introduced into the first flow path as the reaction path via the first introduction path, and the air electrode off-gas is introduced into the second flow path as the air electrode off-gas passage path via the second introduction path. When introduced into the flow channel, in the first flow channel, the oxidation catalyst promotes the oxidation reaction between the oxygen that has permeated the gas permeable membrane and the unreacted carbon compound of the fuel gas to generate the second carbon dioxide gas. Is generated. As a result, the first flow path 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.
Moreover, by forming the first flow path in a spiral shape, it is possible to lengthen the oxidation reaction time in the flow path. Thereby, a high concentration carbon dioxide gas can be obtained.
The second flow path may be formed in a spiral shape like the first flow path.
請求項5に記載の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。
The fuel cell power generation system according to claim 5 generates power by a fuel gas containing a carbon compound and supplied to a fuel electrode and an oxidant gas containing oxygen and supplied to an air electrode, and carbon dioxide is generated from the fuel electrode. A fuel cell in which gas is discharged and an air electrode off-gas containing oxygen is discharged from the air electrode, a water electrolysis device that electrolyzes water to generate hydrogen gas and oxygen gas, and has a cylindrical shape and is outside. A first flow path and an inner second flow path that is arranged with a partition wall therebetween, and a partition member is formed in the first flow path, the partition member having a spiral shape inside the flow path in the direction of the cylinder axis. A reaction device in which the hydrogen gas and the oxygen gas are reacted in the first flow path, and the carbon dioxide gas and the hydrogen gas are supplied to the second flow path; Carbon dioxide gas and the hydrogen gas are supplied, a carbon deposition portion in which carbon is generated from the carbon dioxide gas,
Have.
請求項5に記載の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 claim 5, a fuel gas containing a carbon compound is supplied to a fuel electrode of the fuel cell, and an oxidant gas containing oxygen is supplied to an 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。 The water electrolysis device electrolyzes water to generate 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, hydrogen gas and oxygen gas supplied from the water electrolysis device can be supplied to the spirally formed first flow path to cause a combustion reaction. High-temperature steam is generated by burning and reacting hydrogen and oxygen, and the heat of the steam is transferred to the second flow path via 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 flow path to form a mixed gas, which is heated by the heat of 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 steam passes through the first channel having a long path length formed in a spiral shape and is discharged from the other end side, it takes time for the steam to be discharged from the other end side. Therefore, the heat of the water vapor 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 the carbon dioxide gas and the hydrogen gas in the second flow path.
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 depositing portion on the downstream side, and carbon is internally 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 of the present invention, it is possible to efficiently cause a reaction.
[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]
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a fuel cell power generation system 10A according to the first embodiment of the present invention. The fuel cell power generation system 10A has, as main components, a first fuel cell stack 12, a second fuel cell stack 14, an oxygen-permeable membrane-equipped combustor 20 as a reaction device, a condenser 26, and a second heat exchanger 32. The exhaust heat input type absorption refrigerating machine 36, the water tank 27, the carbon dioxide gas liquefying section 66, the tank 84, etc. are provided on-site. Further, the fuel cell power generation system 10A includes a control unit (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 hydrogen ion conductive solid oxide fuel cell (PCFC: Proton Ceramic Solid Oxide Fuel Cell), and includes an electrolyte layer 12C and a surface of the electrolyte layer 12C. It has a first fuel electrode (fuel electrode) 12A and a first air electrode (air electrode) 12B, which are respectively laminated on the back surface.
なお、第2燃料電池セルスタック14についての基本構成は、第1燃料電池セルスタック12と同様であり、第1燃料極12Aに対応する第2燃料極14A、第1空気極12Bに対応する第2空気極14B、及び電解質層12Cに対応する電解質層14Cを有している。 The basic structure of the second fuel cell stack 14 is the same as that of the first fuel cell stack 12, and the second fuel electrode 14A corresponding to the first fuel electrode 12A and the first fuel electrode 12B corresponding to the first air electrode 12B. The second air electrode 14B and the electrolyte layer 14C corresponding to the electrolyte layer 12C are included.
第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aには、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 the reformer 54 described later. ing. Fuel gas is delivered from the reformer 54 to the first fuel electrode 12A. Although methane is used as the fuel gas in the present embodiment, it is not particularly limited as long as it is a gas that can generate hydrogen by reforming, and 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 preferable. The hydrocarbon fuel may be a mixture of the above-mentioned lower hydrocarbon gas, and the above-mentioned lower hydrocarbon gas may be a gas such as natural gas, city gas or LP gas. When 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 steam pipe P2 is jointly connected to the reformed gas pipe P1-2, and steam is appropriately fed from a steam source (not shown) at the time of starting or stopping. Methane and water vapor are merged in the fuel gas pipe P1 and supplied to the first fuel electrode 12A. The water vapor from the water vapor pipe P2 is supplementarily supplied when necessary in the starting and stopping steps 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 generate hydrogen and carbon monoxide, as shown in the following formula (1). Further, as shown in the following formula (2), carbon dioxide and hydrogen are produced by the shift reaction between the produced carbon monoxide and water vapor.
CH4+H2O→3H2+CO …(1)
CO+H2O→CO2+H2 …(2)
CH 4 +H 2 O→3H 2 +CO (1)
CO+H 2 O→CO 2 +H 2 (2)
そして、第1燃料極12Aにおいて、下記(3)式に示すように、水素が水素イオンと電子とに分離される。 Then, in the first fuel electrode 12A, hydrogen is separated into hydrogen ions and electrons as shown in the following formula (3).
(燃料極反応)
H2→2H++2e−…(3)
(Fuel electrode reaction)
H 2 → 2H + + 2e - ... (3)
水素イオンは、電解質層12Cを通って第1空気極12Bへ移動する。電子は、外部回路(不図示)を通って第1空気極へ移動する。これにより、第1燃料電池セルスタック12において発電される。発電時に、第1燃料電池セルスタック12は、発熱する。 Hydrogen ions move to the first air electrode 12B through the electrolyte layer 12C. The electrons move to the first cathode through an external circuit (not shown). As a result, power is generated in the first fuel cell stack 12. During power generation, the first fuel cell stack 12 generates heat.
第1燃料電池セルスタック12の第1空気極12Bには、酸化剤ガス管P5から酸化剤ガス(空気)が供給される。酸化剤ガス管P5へは、酸化剤ガスブロワB2により空気が導入されている。酸化剤ガス管P5には、第2熱交換器32が設けられており、酸化剤ガス管P5を流れる空気が、後述する空気極オフガス管P6を流れる空気極オフガスと熱交換により加熱される。加熱された空気は、第1空気極12Bへ供給される。 The oxidant gas (air) is supplied to the first air electrode 12B of the first fuel cell stack 12 from the oxidant gas pipe P5. Air is introduced into the oxidant gas pipe P5 by the oxidant gas blower B2. The oxidant gas pipe P5 is provided with the second heat exchanger 32, and the air flowing through the oxidant gas pipe P5 is heated by heat exchange with the air electrode off-gas flowing through the air electrode off-gas pipe P6 described later. The heated air is supplied to the first air electrode 12B.
第1空気極12Bでは、下記(4)式に示すように、電解質層12Cを通って第1燃料極12Aから移動してきた水素イオン、外部回路を通って第1燃料極12Aから移動した電子が、酸化剤ガス中の酸素と反応して水蒸気が生成される。 In the first air electrode 12B, as shown in the following formula (4), hydrogen ions moving from the first fuel electrode 12A through the electrolyte layer 12C and electrons moving from the first fuel electrode 12A through the external circuit are generated. , Reacts with oxygen in the oxidant gas to generate water vapor.
(空気極反応)
2H++2e−+1/2O2 →H2O …(4)
(Air electrode reaction)
2H + +2e − +1/2O 2 →H 2 O (4)
また、第1空気極12Bには、空気極オフガス管P6が接続されている。第1空気極12Bから空気極オフガス管P6へ空気極オフガスが排出される。なお、酸化剤ガス管P5及び空気極オフガス管P6は、第2空気極14Bとも同様に接続されており、第1空気極12B及び第2空気極14Bは、並列的に接続されている。 An air electrode offgas pipe P6 is connected to the first air electrode 12B. The air electrode off gas is discharged from the first air electrode 12B to the air electrode off gas pipe P6. The oxidant gas pipe P5 and the air electrode off-gas pipe P6 are similarly connected to the second air electrode 14B, and the first air electrode 12B and the second air electrode 14B are connected in parallel.
第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aには第1燃料極オフガス管P7の一端が接続されており、第1燃料極オフガス管P7の他端は第2燃料電池セルスタック14の第2燃料極14Aに接続されている。第1燃料極12Aから第1燃料極オフガス管P7へ第1燃料極オフガスが送出される。燃料極オフガスには、未改質の燃料ガス成分、未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気等が含まれている。 One end of a first fuel electrode off-gas pipe P7 is connected to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12, and the other end of the first fuel electrode off-gas pipe P7 is connected to the first fuel electrode off-gas pipe P7 of the second fuel cell stack 14. It is connected to the two fuel electrode 14A. The first fuel electrode off-gas is delivered from the first fuel electrode 12A to the first fuel electrode off-gas pipe P7. The fuel electrode off-gas contains unreformed fuel gas components, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, carbon dioxide, steam and the like.
第2燃料電池セルスタック14の第2燃料極14Aには、第2燃料極オフガス管P7−2の一端が接続されており、第2燃料極14Aから、第2燃料極オフガスが送出される。第2燃料極オフガス管P7−2の他端は、酸素透過膜付燃焼器20と接続されている。 One end of a second fuel electrode offgas pipe P7-2 is connected to the second fuel electrode 14A of the second fuel cell stack 14, and the second fuel electrode offgas is delivered from the second fuel electrode 14A. The other end of the second fuel electrode off-gas pipe P7-2 is connected to the combustor 20 with an oxygen permeable film.
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, the same power generation reaction as in the first fuel cell stack 12 is performed, and the air electrode off gas is sent from the second air electrode 14B to the air electrode off gas pipe P6. The air electrode off-gas pipe P6 connected to the second air electrode 14B is branched on the upstream side of the confluence portion with the air electrode off-gas pipe P6 connected to the first air electrode 12B, and a branched air electrode off-gas pipe P6. -2 is formed. The branch air electrode offgas pipe P6-2 is provided with a flow rate adjusting valve 42 capable of adjusting the flow rate. The flow rate adjustment valve 42 is connected to the control unit. The flow rate adjustment valve 42 is controlled by the control unit, and the flow rate of the air electrode off gas branched to the branch air electrode off gas pipe P6-2 is adjusted. The downstream end of the branched air electrode off-gas pipe P6-2 is connected to the combustor 20 with an oxygen permeable membrane.
(酸素透過膜付燃焼器)
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 arranged inside the outer cylinder 20A, an outer cylinder 20A and a cylindrical gas permeable membrane 23. And a closing member 20B that closes an opening portion on the end side in the cylinder axis direction, and has a multi-cylindrical shape with a sealed inside.
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 part 22 is provided between the outer cylinder 20A and the gas permeable membrane 23, and an oxygen separation part 24 is provided on the inner peripheral side of the cylindrical gas permeable film 23. The combustion part 22 and the oxygen separation part 24 are connected to each other. 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 part 22 is provided with an outer spiral passage forming member 28 having a spiral shape inside, and has a combustion space 22A serving as a first flow path of the present invention, which has a spiral shape in the cylinder axis direction of the outer cylinder 20A. Has been formed.
The outer spiral passage forming member 28 is, for example, a band-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 portion 24 is provided with an inner spiral passage forming member 29 having a spiral shape inside, and is an air flow passage as a second flow passage of the present invention, which has a spiral shape in the cylinder axis direction of the outer cylinder 20A. 24A is formed.
The inner spiral passage forming member 29 is, for example, a band-shaped member formed in a spiral shape, and the outer peripheral edge thereof is fixed to the inner peripheral surface of the gas permeable membrane 23. The inner spiral passage forming member 29 may have a spiral step 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 (electroconductive property) such as LSCF (lanthanum-strontium-cobalt-iron composite oxide) is used. (An oxide showing a) can be used, and a material other 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 of a material such as nickel or ruthenium in the form of a catalyst film.
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 fuel electrode off-gas pipe P7-2 is connected to the inlet of the combustion space 22A, and the branch air electrode off-gas pipe P6 is connected to the inlet of the air passage 24A. The downstream end of -2 is 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 air electrode off-gas is supplied to the air flow path 24A, and oxygen contained in the second air electrode off-gas permeates the gas permeable membrane 23 and moves to the combustion space 22A. The second air electrode off-gas that does not move to the combustion space 22A is exhausted to the outside from the exhaust pipe P12 connected to the outlet side of the air flow path 24A.
第2燃料極オフガスは、燃焼空間22Aに供給され、酸素分離部24から気体透過膜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 separation section 24 through the gas permeable membrane 23. As a result, a combustion reaction occurs between the combustible gas components (unreformed methane, unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off-gas and oxygen via the oxidation catalyst, and carbon dioxide And steam is generated. A combustion off gas pipe P8-1 is connected to the outlet side of the combustion space 22A, and the 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 offgas pipe P8-1 is connected to an inner flow passage 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 the present embodiment has a multi-cylindrical shape, and has an annular vaporization flow passage 55A arranged radially outside and an inner flow passage arranged adjacent to the inside in the radial direction of the vaporization flow passage 55A. 55B. The vaporization channel 55A and the inner channel 55B are separated by a partition wall 57.
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 channel 55A has an upper annular space filled with the reforming catalyst 58, and a lower side thereof is a spiral flow channel 55A-2 formed in a spiral shape in the cylindrical axis direction of the cylindrical shape.
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 (flow passage upstream side) of the vaporization flow passage 55A.
A fuel supply blower B1 is connected to the other end of the fuel gas pipe P1-1, and methane as a fuel gas source is supplied to the vaporization flow passage 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. An ion exchange resin 56 and a pump 27B are provided in the water supply pipe P2-2. By driving the pump 27B, the water stored in the water tank 27 is supplied to the reformer 54 through the ion exchange resin 56.
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 the reformed gas pipe P1-2 is connected to the upper end (downstream of the flow passage) of the vaporization flow passage 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.
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 a combustion off-gas pipe P8-1 is connected to the upper end (the flow passage upstream side) of the inner flow passage 55B, and the other end of the combustion off-gas pipe P8-1 is the combustion space of the combustor 20 with an oxygen permeable film. 22A. The high temperature combustion off-gas discharged 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 a combustion offgas pipe P8-2 is connected to the lower end of the inner flow passage 55B (downstream of the flow passage), and the other end of the combustion offgas pipe P8-2 is connected to a condenser 26 described later. The combustion off gas discharged from the inner flow path 55B is sent to the condenser 26 described later via 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 offgas passes through the inner flow passage 55B, the partition wall 57 that separates the vaporization flow passage 55A and the inner flow passage 55B is heated by the combustion offgas. Therefore, in the vaporization flow passage 55A adjacent to the inner flow passage 55B, the reforming catalyst 58, the fuel gas, and water are heated by the heat of the combustion off gas, the fuel gas is steam reformed, and the steam reformed fuel gas is used. Is delivered to the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12 via 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 piped in the condenser 26, and cooling water from an exhaust heat input type absorption refrigerator 36, which will be described later, is circulated and supplied by the drive of the pump 26P and sent from the reformer 54. The combustion offgas is cooled. As a result, the water vapor in the combustion off gas is condensed. The condensed water is sent to the water tank 27 through the water pipe P9.
水蒸気が分離除去された燃焼オフガスは、二酸化炭素ガス管P10へ送出される。凝縮器26で水(液相)が除去された燃焼オフガスは、二酸化炭素濃度の高いガスとなっており、当該燃焼オフガスを二酸化炭素リッチガスと称する。二酸化炭素ガス管P10には、組成検出部44が設けられている。組成検出部44では、凝縮器26から送出された二酸化炭素リッチガスの組成が検出される。具体的には、メタン、一酸化炭素、水素などの可燃ガスの濃度、二酸化炭素、酸素のうち、何れか一つ以上の濃度が検出される。組成検出部44は、制御部と接続されており、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 the water vapor has been separated and removed is sent to the carbon dioxide gas pipe P10. The combustion offgas from which water (liquid phase) has been removed by the condenser 26 has a high carbon dioxide concentration, and the combustion offgas is referred to as a carbon dioxide rich gas. A composition detector 44 is provided in the carbon dioxide gas pipe P10. The composition detector 44 detects the composition of the carbon dioxide rich gas sent from the condenser 26. Specifically, one or more of the concentrations of combustible gases such as methane, carbon monoxide, and hydrogen, carbon dioxide, and oxygen are detected. The composition detector 44 is connected to the controller, and the composition information of the detected carbon dioxide rich gas is transmitted to the controller. 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 on the downstream side of the confluence portion where the air electrode off-gas pipes P6 from the first air electrode 12B and the second air electrode 14B are merged. In the second heat exchanger 32, heat exchange is performed between the air electrode off gas flowing through the air electrode off gas pipe P6 and the oxidant gas flowing through the oxidant gas pipe P5, the oxidant gas is heated, and the air electrode off gas is changed. To be cooled. The air electrode off gas is supplied to the exhaust heat input type absorption refrigerating machine 36 via the second heat exchanger 32.
(排熱投入型吸収式冷凍機)
排熱投入型吸収式冷凍機36は、排熱を用いて冷熱を生成するヒートポンプであり、一例として蒸気/排熱投入型吸収式冷凍機を用いることができる。蒸気/排熱投入型吸収式冷凍機では、空気極オフガスの熱により、水蒸気を吸収した吸収液(例えば、臭化リチウム水溶液やアンモニア水溶液)を加熱することにより吸収液から水を分離させて再生する。吸収液を加熱して冷却された空気極オフガスは、水蒸気が凝縮され、凝縮水は水配管P36−2により水タンク27へ供給される。水蒸気が凝縮除去された後の空気極オフガスは、排気管P36−1に送出され、排熱投入型吸収式冷凍機36の外部に排気される。
(Exhaust heat input absorption refrigerator)
The exhaust heat input type absorption refrigerator 36 is a heat pump that uses the exhaust heat to generate cold heat, and a steam/exhaust heat input type absorption refrigerator can be used as an example. In a steam/exhaust heat input absorption refrigerator, the absorption liquid that has absorbed water vapor (for example, lithium bromide aqueous solution or ammonia aqueous solution) is heated by the heat of the air electrode offgas to separate water from the absorption liquid and regenerate it. To do. Water vapor is condensed in the air electrode off-gas that is obtained by heating and absorbing the absorbing liquid, and the condensed water is supplied to the water tank 27 through the water pipe P36-2. The air electrode off-gas after the steam is condensed and removed is sent to the exhaust pipe P36-1 and is exhausted to the outside of the exhaust heat input type absorption refrigerator 36.
なお、排熱投入型吸収式冷凍機36の内部には、吸収液を循環させるポンプ、及び吸収液から分離した水を循環させるポンプ(何れも図示せず)が設けられている。これらのポンプは、直流モータで駆動され、直流モータは、第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14で発電された直流電力によって駆動することができる。 A pump that circulates the absorbing liquid and a pump (not shown) that circulates the water separated from the absorbing liquid are provided inside the exhaust heat input type absorption refrigerator 36. These pumps are driven by a DC motor, and the DC motor can be driven by the DC power generated by the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14.
加熱により再生された吸収液は、水蒸気を吸収することにより水の蒸発を促進し、冷熱の生成に寄与する。排熱投入型吸収式冷凍機36は、放熱回路37を介して冷却塔38と接続されている。放熱回路37には、ポンプ37Pが設置されており、ポンプ37Pにより放熱回路37に冷却水が供給される。排熱投入型吸収式冷凍機36で吸収液が水蒸気を吸収するときに生じる吸収熱は、放熱回路37を流れる冷却水を介して冷却塔38から大気へ放出される。 The absorption liquid regenerated by heating promotes evaporation of water by absorbing water vapor, and contributes to generation of cold heat. The exhaust heat input type absorption refrigerator 36 is connected to a cooling tower 38 via a heat radiation circuit 37. A pump 37P is installed in the heat dissipation circuit 37, and cooling water is supplied to the heat dissipation circuit 37 by the pump 37P. Absorption heat generated when the absorption liquid absorbs water vapor in the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 is released from the cooling tower 38 to the atmosphere via the cooling water flowing through the heat radiation circuit 37.
排熱投入型吸収式冷凍機36で生成された冷熱は、冷却水循環流路26Aを流れる冷却水を介して凝縮器26へ送られ、凝縮器26で燃焼オフガスが冷却され、さらに燃焼オフガス中の水蒸気が凝縮除去される。 The cold heat generated by the exhaust heat input type absorption refrigerating machine 36 is sent to the condenser 26 via the cooling water flowing through the cooling water circulation passage 26A, the combustion off-gas is cooled by the condenser 26, and further the combustion off-gas is cooled. Water vapor is condensed off.
水タンク27は、冷却水循環流路26A、放熱回路37、及び、排熱投入型吸収式冷凍機36の熱媒としての水が流れる熱媒流路(不図示)と接続されている。冷却水循環流路26A、放熱回路37、及び、熱媒流路では、水が不足した場合に、水タンク27から、以下に説明する補充系統67を介して適宜水が補充される。
なお、排熱投入型吸収式冷凍機36は、一例として、−5℃〜12℃の冷却水を生成する能力を有している。
The water tank 27 is connected to the cooling water circulation flow path 26A, the heat radiation circuit 37, and a heat medium flow path (not shown) through which water as a heat medium of the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 flows. When water is insufficient in the cooling water circulation flow path 26A, the heat radiation circuit 37, and the heat medium flow path, water is appropriately replenished from the water tank 27 via a replenishment system 67 described below.
The exhaust heat input type absorption refrigerator 36 has, for example, the ability to generate cooling water at -5°C to 12°C.
(補充系統)
水タンク27には、配管P11、ポンプ27A等を含んで構成される補充系統67が接続されている。水タンク27には、配管P11の一端が接続されており、配管P11の他端は、3分岐されて、冷却塔38、冷却水循環流路26A、及び後述する液化用冷却水循環路70Aと接続されている。なお、ポンプ27Aは、分岐前の配管P11に設けられており、3分岐された各々の配管には、電磁弁(図示省略)が取り付けられている。なお、ポンプ27A、及び電磁弁は、後述する制御部で制御される。
(Replenishment system)
A replenishment system 67 including a pipe P11, a pump 27A and the like is connected to the water tank 27. One end of the pipe P11 is connected to the water tank 27, and the other end of the pipe P11 is branched into three and connected to the cooling tower 38, the cooling water circulation passage 26A, and the liquefaction cooling water circulation passage 70A described later. ing. The pump 27A is provided in the pipe P11 before branching, and an electromagnetic valve (not shown) is attached to each of the three branched pipes. The pump 27A and the solenoid valve are controlled by the control unit 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, and the buffer tank has a storage amount of cooling water. A liquid level sensor (not shown) for detecting The liquid level sensor is connected to a control unit described later, and detection data of the liquid level (cooling water storage amount) is output to the control unit. Thereby, the control unit can grasp the storage amount of the cooling water in each of the cooling tower 38, the cooling water circulation passage 26A, and the liquefaction cooling water circulation passage 70A.
(二酸化炭素ガス液化部)
二酸化炭素ガス管P10へ送出された二酸化炭素リッチガスは、圧縮機68、及び冷却装置70等を含んで構成された二酸化炭素ガス液化部66へ送られる。
二酸化炭素ガス液化部66へ送られた二酸化炭素リッチガスは、最初に圧縮機68で圧縮される。なお、圧縮機68は、図示しない直流モータで稼動され、二酸化炭素ガスを4MPa以上に圧縮可能とされている。また、圧縮機68の直流モータは、第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14で得られた電力で駆動されるが、例えば、システムの起動時においては、外部の商用電源を用いて駆動したり、図示しない再生可能エネルギー発電で得られた電力(余剰電力)で駆動することもできる。再生可能エネルギー発電として、一例として、太陽光発電、太陽熱発電、水力発電、風力発電、地熱発電、波力発電、温度差発電、バイオマス発電等を挙げることができるが、他のものであってもよい。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 section)
The carbon dioxide-rich gas sent to the carbon dioxide gas pipe P10 is sent to the carbon dioxide gas liquefying unit 66 including a compressor 68, a cooling device 70, and the like.
The carbon dioxide rich gas sent to the carbon dioxide gas liquefying unit 66 is first compressed by the compressor 68. The compressor 68 is operated by a DC motor (not shown) and can compress carbon dioxide gas to 4 MPa or more. Further, the DC motor of the compressor 68 is driven by the electric power obtained by the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14, but, for example, when the system is started, an external commercial power source is used. It is also possible to drive with electric power (surplus electric power) obtained by renewable energy power generation (not shown). Examples of renewable energy power generation include solar power generation, solar thermal power generation, hydroelectric power generation, wind power generation, geothermal power generation, wave power generation, temperature difference power generation, biomass power generation, etc. Good. The compressor 68 is not limited to the form of being driven by a DC motor, but may be of a form 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 by using the DC power obtained by the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14, for example, the first fuel cell stack 12 and the second fuel battery cell stack 14 converts the DC power to AC power and drives the AC motor with AC power, resulting in less energy loss and efficiency. 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. The pipe P114 is provided with a temperature sensor 74 and a pressure sensor 76, and the temperature data of carbon dioxide gas measured by the temperature sensor 74 and the pressure data of carbon dioxide gas measured by the pressure sensor 76 are controlled respectively. Sent to 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 passage 70A is provided in the cooling device 70, and a circulation pump 78 controlled by a controller is attached to the liquefaction cooling water circulation passage 70A. Cooling water from the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 is circulated and supplied to the liquefying cooling water circulation path 70A to cool the compressed carbon dioxide rich gas supplied from the compressor 68 to generate liquefied carbon dioxide.
液化用冷却水循環路70Aには、冷却装置70に流入する冷却水の温度を検出する温度センサ80が設けられている。温度センサ80で計測された冷却水の温度データは、制御部に送られる。なお、液化用冷却水循環路70Aに、冷却水の流量を計測する流量センサ(図示せず)を設けても良い。 The liquefaction cooling water circulation path 70A is provided with a temperature sensor 80 that detects the temperature of the cooling water flowing into the cooling device 70. The temperature data of the cooling water measured by the temperature sensor 80 is sent to the control unit. A flow rate sensor (not shown) that measures the flow rate of the cooling water may be provided in the liquefying cooling water circulation path 70A.
冷却装置70で生成された液化二酸化炭素は、配管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 and stored in the tank 84 via the pipe P115 and the pump 82.
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 unit (not shown) that controls the entire system. And includes a CPU, a ROM, a RAM, a memory, and the like. The memory stores data and procedures necessary for the flow rate adjustment processing, the cooling water temperature adjustment processing, and the processing during normal operation, which will be described later. The control unit is connected to the flow rate adjusting valve 42, the composition detecting unit 44, the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, and the like. The flow rate adjusting valve 42, the composition detecting unit 44, the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, and the like are controlled by the control unit. The control unit is also connected to devices other than the 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 auxiliary equipment are driven by the electric power generated by the fuel cell power generation system 10A. In order to efficiently use the electric power generated by the fuel cell power generation system 10A without converting it to AC as it is, it is preferable that the auxiliary machine be driven by DC current.
(作用、効果)
次に、本実施形態の燃料電池発電システム10Aの動作について説明する。
(Action, effect)
Next, the operation of the fuel cell power generation system 10A of this embodiment will be described.
燃料電池発電システム10Aにおいては、燃料供給ブロワB1により、燃料ガス源から燃料ガス(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 the 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 via the fuel gas pipe P1-2.
From the steam pipe P2, steam for steam reforming is supplied to the first fuel electrode 12A via 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 generate hydrogen and carbon monoxide. Further, carbon dioxide and hydrogen are generated by the shift reaction between the generated carbon monoxide and water vapor.
第1燃料電池セルスタック12の第1空気極12Bには、空気が酸化剤ガス管P5を経て供給される。第1燃料電池セルスタック12では、第1燃料極12A及び第1空気極12Bにおいて水素イオンが移動すると共に前述の反応が生じ、発電が行われる。第1燃料電池セルスタック12の第1燃料極12Aからは、第1燃料極オフガス管P7へ第1燃料極オフガスが送出される。また、第1空気極12Bからは、空気極オフガス管P6へ空気極オフガスが送出される。 Air is supplied to the first air electrode 12B of the first fuel cell stack 12 through the oxidant gas pipe P5. In the first fuel cell stack 12, hydrogen ions move in the first fuel electrode 12A and the first air electrode 12B and the above-mentioned reaction occurs to generate power. The first fuel electrode off-gas is delivered from the first fuel electrode 12A of the first fuel cell stack 12 to the first fuel electrode off-gas pipe P7. Further, the air electrode off-gas is delivered from the first air electrode 12B to the air electrode off-gas pipe P6.
第1燃料極12Aから送出された第1燃料極オフガスは、第1燃料極オフガス管P7に導かれ、第2燃料電池セルスタック14の第2燃料極14Aへ供給される。第2燃料電池セルスタック14の第2空気極14Bには、空気が酸化剤ガス管P5を経て供給される。
第2燃料電池セルスタック14でも第1燃料電池セルスタック12と同様に発電が行われる。第2燃料電池セルスタック14の第2燃料極14Aからは、第2燃料極オフガス管P7−2へ第2燃料極オフガスが送出される。また、第2空気極14Bからは、空気極オフガス管P6へ空気極オフガスが送出される。
The first fuel electrode off-gas sent from the first fuel electrode 12A is guided to the first fuel electrode off-gas pipe P7 and supplied to the second fuel electrode 14A of the second fuel cell stack 14. Air is supplied to the second air electrode 14B of the second fuel cell stack 14 through the oxidant gas pipe P5.
Power generation is also performed in the second fuel cell stack 14 similarly to the first fuel cell stack 12. The second fuel electrode offgas is delivered from the second fuel electrode 14A of the second fuel cell stack 14 to the second fuel electrode offgas pipe P7-2. Further, the air electrode off-gas is delivered from the second air electrode 14B to the air electrode off-gas pipe P6.
空気極オフガスは、第2熱交換器32を経て排熱投入型吸収式冷凍機36へ供給される。第2熱交換器32では、空気極オフガスと酸化剤ガスとの間で熱交換が行われ、空気極オフガスによって酸化剤ガスが加熱される。排熱投入型吸収式冷凍機36では、前述のように、空気極オフガスの熱を利用して冷熱が生成される。 The air electrode off-gas is supplied to the exhaust heat input type absorption refrigerating machine 36 via the second heat exchanger 32. In the second heat exchanger 32, heat exchange is performed between the air electrode off-gas and the oxidant gas, and the oxidant gas is heated by the air electrode off-gas. In the exhaust heat input type absorption refrigerating machine 36, as described above, cold heat is generated by utilizing the heat of the air electrode off gas.
第2燃料極オフガスは、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 film and flows through the combustion space 22A.
分岐空気極オフガス管P6−2へ分岐された空気極オフガスは、酸素透過膜付燃焼器20の酸素分離部24へ供給される。酸素分離部24へ供給された空気極オフガスは、空気流路24Aを流れる。空気流路24Aにおいて、空気極オフガスに含まれる酸素は、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 air electrode off-gas branched to the branched air electrode off-gas pipe P6-2 is supplied to the oxygen separation unit 24 of the combustor 20 with an oxygen permeable membrane. The air electrode off gas supplied to the oxygen separation unit 24 flows through the air flow path 24A. In the air flow path 24A, oxygen contained in the air electrode off gas permeates the gas permeable membrane 23 and moves to the combustion space 22A side. In the combustion space 22A of the combustion unit 22, a combustion reaction of combustible gas (methane, hydrogen, carbon monoxide, etc.) in the second fuel electrode off-gas with oxygen occurs, and carbon dioxide and water vapor are generated.
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 combustion section 22 of the combustor 20 with an oxygen permeable film, the oxidation catalyst promotes the oxidation reaction between the oxygen that has permeated the gas permeable film 23 and the unreacted combustible gas of the fuel gas to generate carbon dioxide gas. Further, since the combustion space 22A is formed in a spiral shape and has a long flow path length, it is possible to take a long time for the oxidation reaction, and a sufficient amount of oxygen is supplied from the air flow path 24A to the combustion space 22A side. It can be moved to carry out the oxidation reaction sufficiently and efficiently. As a result, the combustion off gas having an increased concentration of carbon dioxide gas 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。 The combustion off-gas containing carbon dioxide and water vapor is delivered from the combustion space 22A to the combustion off-gas pipe P8. The combustion offgas sent to the combustion offgas pipe P8 is supplied to the condenser 26 via the inner flow path 55B of the reformer 54.
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, the mixed gas of the fuel gas and steam and the reforming catalyst 58 are heated in the vaporization flow path 55A by heat exchange with the combustion off gas, and hydrogen and carbon monoxide are generated by the steam reforming reaction. To be done. Further, carbon dioxide and hydrogen are generated by the shift reaction between the generated carbon monoxide and water vapor. The reformed gas containing unreacted fuel gas (methane), hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide is supplied to the first fuel electrode 12A through the reformed gas pipe P1-2.
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。 The vaporization flow channel 55A has a long spiral flow channel 55A-2, which is formed in a spiral shape in the cylindrical axis direction on the lower side, so that the water supplied along with the fuel gas has a long spiral flow channel 55A. -2 is sufficiently heated to become water vapor while passing through -2 over time. Then, the heated fuel gas and water vapor flow through the spiral flow path 55A-2 and then pass through the reforming catalyst 58 heated by the heat of the combustion offgas, 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 refrigerating machine 36 which is circulated and supplied through the cooling water circulation flow path 26A, and the steam in the combustion off-gas is condensed. The condensed water is sent to the water tank 27 through the water pipe P9 and stored in the water tank 27.
凝縮器26で水蒸気が除去された燃焼オフガスは、二酸化炭素濃度の高い二酸化炭素リッチガスとなり、二酸化炭素ガス管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 the water vapor has been removed by the condenser 26 becomes a 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 sends 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。 The control unit controls the flow rate adjustment valve 42 based on the composition information transmitted from the composition detection unit 44 to adjust the air electrode off-gas amount branched to the branch air electrode off-gas pipe P6-2, and the exhaust heat input type. The absorption refrigerator 36 controls the temperature and flow rate of the 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 processing, it is determined whether or not the concentration of the combustible gas is within the threshold value G1 in the composition information of the carbon dioxide rich gas detected by the composition detection unit 44. Here, the threshold value G1 is a sufficiently low concentration in the carbon dioxide rich gas and can be set to about 0.01 to 5 vol%, and more preferably 0.01 to 1 vol%. When the concentration of the combustible gas is higher than the threshold value G1, the flow rate adjustment valve 42 is controlled to increase the flow rate of the air electrode offgas branched to the branch air electrode offgas pipe P6-2. As a result, the amount of oxygen that permeates the 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 the 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 unit 66 and compressed, and the compressed carbon dioxide-rich gas is sent to the cooling device 70. The cooling device 70 cools the carbon dioxide rich gas compressed with the cooling water from the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 to generate liquefied carbon dioxide.
排熱投入型吸収式冷凍機36は、空気極オフガスの排熱を用いて冷熱を生成しているため、モータでコンプレッサーを駆動して冷媒の圧縮、膨張を行なうタイプの冷凍機(例えば、ターボ冷凍機等)で冷熱を生成する場合に比較して、少ない電力で効率的に冷熱(水を冷却して冷却水とするために用いる)を生成することができる。 Since the exhaust heat input type absorption refrigerating machine 36 uses the exhaust heat of the air electrode off-gas to generate cold heat, the motor drives the compressor to compress and expand the refrigerant (for example, a turbo). As compared with a case where cold energy is generated by a refrigerator or the like), cold energy (used for cooling water to be cooling water) can be efficiently generated with less electric power.
図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 liquefies if cooled to a temperature lower than the critical temperature (31.1° C.) of carbon dioxide gas.
In the carbon dioxide gas liquefying unit 66 of the present embodiment, as an example, the carbon dioxide gas is compressed to 4 MPa by the compressor 68, and then, in the cooling device 70, the compressed carbon dioxide gas is cooled to -5°C to 12°C. Liquefied carbon dioxide is obtained by cooling with. The pressure of the carbon dioxide gas and the cooling temperature are not limited to the above values and can be changed as appropriate.
(液化の制御)
なお、圧縮機68を通過した高圧の二酸化炭素ガスの温度(温度センサ74で計測)、及び圧力(圧力センサ76で計測)、または液化せずに残留する二酸化炭素ガス量のうち、何れか一つ以上の測定結果に応じて、制御部は、冷却装置70へ供給する冷却水の温度(温度センサ80で計測)や流量(流量センサ(図示せず)で計測)など、排熱投入型吸収式冷凍機36の運転と、循環ポンプ78の運転を制御し、二酸化炭素ガスを効率的に液化二酸化炭素とする。
(Control of liquefaction)
Either the temperature of the high-pressure carbon dioxide gas that has passed through the compressor 68 (measured by the temperature sensor 74), the pressure (measured by the pressure sensor 76), or the amount of carbon dioxide gas remaining without being liquefied According to one or more measurement results, the control unit controls the temperature of the cooling water supplied to the cooling device 70 (measured by the temperature sensor 80) and the flow rate (measured by a flow rate sensor (not shown)) of the exhaust heat input type absorption. The operation of the rotary 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 liquefaction amount of the carbon dioxide gas in accordance with the temperature and pressure of the recovered carbon dioxide gas, or the amount of residual carbon dioxide gas at the time of liquefaction. It is possible to reduce the temperature of the cooling water according to this, increase the flow rate of the circulating cooling water, or use both of them together.
なお、冷却装置70の内部においては、液化二酸化炭素が下方に溜まり、液化二酸化炭素の上方に液化していない二酸化炭素ガスが残存するため、冷却装置70の内部に溜まった液化二酸化炭素の液面レベルを測定することで、冷却装置70の内部で液化せずに残留する二酸化炭素ガスの量を間接的に計測することができる(なお、冷却装置70の内部空間容積は既知)。 In the cooling device 70, liquefied carbon dioxide accumulates downward, and unliquefied carbon dioxide gas remains above the liquefied carbon dioxide. Therefore, the liquid surface of the liquefied carbon dioxide accumulated inside the cooling device 70 By measuring the level, it is possible to indirectly measure the amount of carbon dioxide gas that remains inside the cooling device 70 without being liquefied (the internal space volume of the cooling device 70 is known).
このようにして二酸化炭素ガス液化部66で生成された液化二酸化炭素は、配管P15、ポンプ82を介してタンク84に送られて貯留される。なお、タンク84に貯留された液化二酸化炭素は、従来通り、商工業用等として利用することもできる。 The liquefied carbon dioxide thus generated in the carbon dioxide gas liquefying unit 66 is sent to and stored in the tank 84 via the pipe P15 and the pump 82. The liquefied carbon dioxide stored in the tank 84 can also be used for commercial and industrial purposes as in the past.
本実施形態の燃料電池発電システム10Aは、第1燃料電池セルスタック12、及び第2燃料電池セルスタック14からタンク84までが連続的に繋がってオンサイトで設けられているので、発電中は、連続的に液化二酸化炭素を効率的に製造し、タンク84に貯留することができる。なお、タンク84に貯留した液化二酸化炭素は、ローリー86等で輸送してもよく、パイプライン等で輸送してもよい。 In the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, since the first fuel cell stack 12, and the second fuel cell stack 14 to the tank 84 are continuously connected and provided on-site, during power generation, Liquefied carbon dioxide can be efficiently produced continuously and stored in the tank 84. The liquefied carbon dioxide stored in the tank 84 may be transported by the lorry 86 or the like, or by a pipeline or the like.
本実施形態の燃料電池発電システム10Aでは、第2燃料電池セルスタック14の第2燃料極14Aから送出された第2燃料極オフガスが燃焼部22で燃焼されるので、第2燃料電池セルスタック14での発電に供される前の第1燃料極オフガスを燃焼する場合と比較して、第2燃料電池セルスタック14の発電に供される未反応燃料ガス量が多くなる。したがって、第2燃料電池セルスタック14での発電効率を高めることができる。 In the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, the second fuel electrode off-gas sent from the second fuel electrode 14A of the second fuel cell stack 14 is combusted in the combusting section 22, so the second fuel cell stack 14 The amount of unreacted fuel gas used for power generation in the second fuel cell stack 14 is larger than that in the case where the first fuel electrode off-gas before being used for power generation is burned. Therefore, the power generation efficiency of the second fuel cell stack 14 can be increased.
また、燃焼部22では、第2燃料極オフガスに含まれている可燃ガスと酸素との燃焼反応により二酸化炭素及び水蒸気が生成される。したがって、第2燃料極オフガスから可燃ガスを減じて、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。また、燃焼部22へは、空気極オフガス中の酸素のみが供給されまた、第2燃料極オフガスには、第1燃料極オフガスと比較して含まれる未反応の燃料ガス量が少なく、二酸化炭素の含有率が高い。したがって、燃焼部22で未反応の燃料ガスを燃焼させる量と、当該未反応の燃料ガスを燃焼させるために必要となる酸素の量を少なくすることができる。 Further, in the combustion section 22, carbon dioxide and water vapor are generated by the combustion reaction between the combustible gas contained in the second fuel electrode off gas and oxygen. Therefore, it is possible to recover the high-concentration carbon dioxide by reducing the combustible gas from the second fuel electrode off-gas. Further, only the oxygen in the air electrode off gas is supplied to the combustion section 22, and the second fuel electrode off gas contains less unreacted fuel gas than the first fuel electrode off gas, resulting in carbon dioxide. Content rate is high. Therefore, it is possible to reduce the amount of unreacted fuel gas burned in the combustion unit 22 and the amount of oxygen required to burn the unreacted fuel gas.
また、本実施形態の燃料電池発電システム10Aでは、空気極オフガス管P6から分岐された分岐空気極オフガス管P6−2を有しているので、組成検出部44で検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報に基づいて、分岐空気極オフガス管P6−2へ分岐させる空気極オフガス流量を容易に調整することができる。これにより、燃焼オフガスに含まれる可燃ガス及び酸素の量が所定の閾値よりも低くなるように、燃焼部22の燃焼空間22Aへ流入する酸素量を調整することができる。 Further, since the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment has the branched air electrode off-gas pipe P6-2 branched from the air electrode off-gas pipe P6, the composition of the carbon dioxide rich gas detected by the composition detection unit 44. Based on the information, it is possible to easily adjust the air electrode off-gas flow rate to be branched to the branch air electrode off-gas pipe P6-2. As a result, the amount of oxygen flowing into the combustion space 22A of the combustion section 22 can be adjusted so that the amounts of combustible gas and oxygen contained in the combustion off gas become lower than the predetermined threshold value.
さらに、本実施形態の燃料電池発電システム10Aでは、組成検出部44で検出された二酸化炭素リッチガスの組成情報に基づいて、凝縮器26で凝縮させる水の量を調整することにより、二酸化炭素リッチガスの二酸化炭素濃度を高くすることができる。 Further, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, by adjusting the amount of water condensed in the condenser 26 based on the composition information of the carbon dioxide rich gas detected by the composition detection unit 44, The carbon dioxide concentration can be increased.
また、本実施形態の燃料電池発電システム10Aでは、燃料電池セルスタックに水素イオン伝導型固体酸化物形燃料電池を用いているので、第1燃料極12Aで水蒸気が生成されない。したがって、第1燃料極オフガスに含まれる水蒸気の量が少なくなるため、第2燃料電池での発電効率を向上させることができる。また、第2燃料極オフガスに含まれる水蒸気の量も少なくなるため、第2燃料極オフガスから除去する水蒸気の量を少なくすることができる。 Further, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, since the hydrogen ion conductive type solid oxide fuel cell is used for the fuel cell stack, water vapor is not generated in the first fuel electrode 12A. Therefore, the amount of water vapor contained in the first fuel electrode off-gas is reduced, so that the power generation efficiency in the second fuel cell can be improved. Further, since the amount of water vapor contained in the second fuel electrode off-gas also decreases, the amount of water vapor removed from the second fuel electrode off-gas can be reduced.
また、本実施形態の燃料電池発電システム10Aでは、燃焼部22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, the combustion section 22 is arranged adjacent to the gas permeable membrane 23 of the oxygen separation section 24, so that the combustion section 22 and the oxygen separation section 24 are formed integrally with each other to provide a compact oxygen permeation. The film combustor 20 can be configured.
また、本実施形態の燃料電池発電システム10Aでは、空気極オフガスの熱を排熱投入型吸収式冷凍機36での冷熱生成に用いるので、第1燃料電池セルスタック12、第2燃料電池セルスタック14からの排熱を有効利用することができる。また、空気極オフガスには、水蒸気が多く含まれているので、排熱投入型吸収式冷凍機36において当該水蒸気が熱交換時に凝縮することにより、凝縮熱も有効に用いることができる。 Further, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, the heat of the air electrode off-gas is used for cold heat generation in the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, so the first fuel cell stack 12, the second fuel cell stack 10 The exhaust heat from 14 can be effectively used. Further, since the air electrode off-gas contains a large amount of water vapor, the heat of condensation can also be effectively used by condensing the water vapor in the exhaust heat input type absorption refrigerator 36 during heat exchange.
また、本実施形態の燃料電池発電システム10Aでは、制御部が、冷却塔38、冷却水循環流路26A、及び液化用冷却水循環路70Aの各バッファタンクの冷却水の貯留量を液面センサからの検出データに基づき把握しており、冷却水の貯留量が予め設定した下限値よりも不足している判断したときに、電磁弁、及びポンプ27Aを制御し、冷却水に用いる水を水タンク27から補充することができる。このように、冷却水が不足した場合、外部の上水道等から水を供給する必要が無くなり、水の外部依存量を削減できる。 Further, in the fuel cell power generation system 10A of the present embodiment, the control unit controls the storage amount of the cooling water in each of the buffer towers of the cooling tower 38, the cooling water circulation passage 26A, and the liquefaction cooling water circulation passage 70A from the liquid level sensor. When it is determined based on the detection data, and when it is determined that the storage amount of cooling water is less than the preset lower limit value, the solenoid valve and the pump 27A are controlled to supply the water used for cooling water to the water tank 27. Can be replenished from As described above, when the cooling water is insufficient, it is not necessary to supply the water from the external water supply or the like, and it is possible to reduce the amount of external dependence of water.
なお、本実施形態では、燃焼オフガス内の水蒸気を凝縮器26で凝縮させて除去することにより、燃焼オフガスから二酸化炭素を分離したが、その他の手段、例えば、二酸化炭素分離膜で二酸化炭素を分離してもよいし、吸着剤を用いて圧力を変化させることによりガスを分離・製造する、所謂PSA(Pressure Swing Adsorption:圧力変動吸着)装置により二酸化炭素を分離してもよい。 In the present embodiment, the carbon dioxide is separated from the combustion offgas by condensing and removing the water vapor in the combustion offgas with the condenser 26, but other means, for example, the carbon dioxide separation membrane separates the carbon dioxide. Alternatively, carbon dioxide may be separated by a so-called PSA (Pressure Swing Adsorption) device that separates and produces gas by changing the pressure using an adsorbent.
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。 Further, in the oxygen-permeable membrane-equipped combustor 20 of the present embodiment, the outer side is the combustion section 22 and the inner side is the oxygen separation section 24. However, the outer side is the oxygen separation section 24 and the inner side is 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 present invention will be described. In this embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
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 the second embodiment of the present invention. The fuel cell power generation system 10B is a system that produces carbon from carbon dioxide gas. A carbon production unit 166 is provided on the downstream side of the carbon dioxide gas pipe P10 instead of the carbon dioxide gas liquefaction unit 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 the present 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 circulation gas pipe P3 is branched from the second fuel electrode off-gas pipe P7-2, and the circulation gas pipe P3 is connected to the fuel gas pipe P1. A circulating gas blower B3 is provided in the circulating 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 the middle of the fuel gas pipe P1. A combustion offgas pipe P8 for delivering combustion offgas is connected to the outlet side of the combustion space 22A of the combustor 20 with an oxygen permeable film, and the combustion offgas pipe P8 passes through the first heat exchanger 30 and the other end. Are connected to the condenser 26. In the first heat exchanger 30, the fuel gas is heated by the heat exchange between the fuel gas and the combustion off gas.
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 steam has been removed by the condenser 26 becomes a carbon dioxide rich gas having a high carbon dioxide concentration, and the carbon dioxide blower B4 causes carbon dioxide to be discharged. It is sent to the gas pipe P10 and then sent to the composition detector 44. The composition detector 44 detects the composition of the carbon dioxide-rich gas and sends 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。
The control unit controls the flow rate adjustment valve 42 based on the composition information transmitted from the composition detection unit 44 to adjust the air electrode off-gas amount branched to the branch air electrode off-gas pipe P6-2, and the exhaust heat input type. The absorption refrigerator 36 controls the temperature of the cooling water sent to the cooling water circulation passage 26A. Specifically, the control unit executes a flow rate adjusting process and a cooling water temperature adjusting process.
The carbon dioxide gas sent to the carbon dioxide gas pipe P10 is sent to the carbon production unit 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 manufacturing 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 powder 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。 The water electrolyzer 170 is supplied with the water in the water tank 27 that has passed through the pipe P116, the pump 180, and the water purifier 182. The water purifier 182 purifies the water from the water tank 27 (removes foreign substances, adjusts PH, etc.). The water electrolysis device 170 can generate hydrogen gas and oxygen gas by electrolyzing water purified using the electric power obtained in the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14. .. The water electrolysis device 170 can also electrolyze water using electric power (so-called “clean energy”) obtained by renewable energy power generation (not shown). Examples of renewable energy power generation include solar power generation, solar thermal power generation, hydroelectric power generation, wind power generation, geothermal power generation, wave power generation, temperature difference power generation, biomass power generation, etc. Good. That is, from the standpoint of reducing carbon dioxide in the atmosphere or suppressing the release of carbon dioxide to the atmosphere, the DC power obtained by the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 and regeneration It is preferable to use the electric power obtained by the possible energy 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。 Since the water electrolysis device 170 electrolyzes water using the DC power obtained by the first fuel cell stack 12 and the second fuel cell stack 14 or the electric power obtained by the renewable energy power generation, for example, The water can be efficiently electrolyzed as compared with the case where the AC power of the power generation device that releases carbon dioxide gas is converted to DC power and used for electrolysis. The water electrolysis device 170 is controlled by the controller.
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。 The hydrogen gas generated in the water electrolysis device 170 is sent to the powder carbon generator 178 via the pipe P114 and the hydrogen blower 172, and the oxygen gas is sent to the oxygen tank 176 via the pipe P115 and the oxygen blower 174 to generate oxygen. It is stored in the 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。
(Structure of powder carbon generator)
As shown in FIG. 5, the powdered carbon generator 178 includes a temperature raising device 184, a shift reactor 186, a cooler 188, and a carbon deposition/separation unit 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 heating device 184 includes an outer cylinder 202, a cylindrical partition wall 204 disposed inside the outer cylinder 202, and a closing member that closes the outer cylinder 202 and the opening portion of the cylindrical partition wall 204 on the cylinder axial end side. The inside of the structure is composed of 206 and has a closed multi-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。 A gas combustion flow path 208 as a first flow path of the present invention is provided between the outer cylinder 202 and the partition wall 204, and an inner peripheral side of the cylindrical partition wall 204 is heated as a second flow path of the present invention. The gas combustion flow path 208 and the temperature raising unit 210 are separated by a partition wall 204.
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 spiral passage forming member 212 having a spiral shape is disposed inside the gas combustion flow path 208, and is formed in a spiral shape in the cylinder axis direction of the temperature raising device 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 temperature raising device 184, hydrogen gas and oxygen gas sent from the water electrolysis device 170 are supplied to the gas combustion flow path 208, carbon dioxide gas sent from the condenser 26, and hydrogen sent from the water electrolysis device 170. The gas and the gas are supplied to the temperature raising unit 210.
In the gas combustion flow path 208, hydrogen gas and oxygen gas are combusted and reacted with each other, and the heat generated by the combustion reaction causes the carbon dioxide gas and hydrogen gas passing through the temperature raising unit 210 to have 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。
CO2+H2 → CO+H2O …(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 on the downstream side 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.
In the shift reactor 186, carbon dioxide gas can be shifted to carbon monoxide in a hydrogen gas atmosphere as shown in the following formula (5).
CO 2 +H 2 →CO+H 2 O (5)
Here, the reaction can be promoted by using a known catalyst.
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 on the downstream side 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 lower. 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。 The carbon deposition/separation unit 200 is disposed on the downstream side of the cooler 188, and the temperature-controlled carbon monoxide gas and steam discharged from the cooler 188 are introduced into the carbon deposition/separation unit 200. The carbon deposition separation part 200 is provided with a spiral flow path 214 formed in a spiral shape and having a long 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+CO2 …(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。
CO2+2H2 → C+2H2O …(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 unit 200, carbon monoxide in the gas is converted into carbon and carbon dioxide by the following equation (6) in the spiral flow passage 214 having a long flow passage length.
2CO → C+CO 2 (6)
The above equation (6) is an exothermic reaction.
Further, in the spiral flow path 214 of the carbon deposition/separation unit 200, the reaction of generating carbon and water from carbon dioxide gas and hydrogen gas according to the following expression (7) proceeds simultaneously with the reaction of the above expression (6).
CO 2 +2H 2 → C+2H 2 O (7)
In the carbon deposition separation part 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H20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 way, in the carbon deposition/separation unit 200, carbon is deposited and immobilized.
C generated by the reduction reaction of the above formula (6) is carbon powder and can be discharged from the lower part of the spiral flow path 214. Further, H 2 0 generated by the reduction reaction of the above formula (6) is specifically steam, and the steam 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 and procedures necessary for the flow rate adjustment processing, the cooling water temperature adjustment processing, and the processing during normal operation, which will be described later. The control unit is connected to the flow rate adjusting valve 42, the composition detecting unit 44, the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, and the like. The flow rate adjusting valve 42, the composition detecting unit 44, the exhaust heat input type absorption refrigerator 36, and the like are controlled by the control unit.
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 auxiliary equipment are driven by the electric power generated by the fuel cell power generation system 10B. In order to efficiently use the electric power generated by the fuel cell power generation system 10B as it is without converting it to AC, the auxiliary machine is preferably driven by DC current.
(作用、効果)
次に、本実施形態の燃料電池発電システム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 electrolysis device 170 electrolyzes the water sent from the water purification device 182 to generate hydrogen gas and oxygen gas. The generated hydrogen gas and oxygen gas are heated by the powder carbon generator 178. 184 is supplied. Further, the carbon dioxide rich gas discharged from the condenser 26 and the hydrogen gas sent from the water purifying device 182 are supplied to the temperature raising unit 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 powder carbon generator 178, first, in the gas combustion flow path 208 of the temperature raising device 194, hydrogen gas and oxygen gas are reacted (combusted). When the combustion flame generated by the combustion reaction of hydrogen gas and oxygen gas and the high-heat exhaust gas (water vapor) pass through the gas combustion flow path 208, the heat of the combustion flame and the exhaust gas rises through the partition wall 204. It is transmitted to the warm part 210. The gas combustion flow passage 208 is formed in a spiral shape in the cylinder axis direction of the temperature raising device 184 and has a long flow passage length. Therefore, the combustion flame due to the above reaction and the heat of exhaust gas are taken over time. It can be sufficiently applied to the temperature raising section 210. That is, in the temperature raising device 184, the combustion flame and the residence time of the exhaust gas can be extended. 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 are reliably raised to a predetermined temperature (for example, 1000 to 1200° C.). Can be warmed. In the gas combustion flow path 208, water (water vapor) generated by the reaction between hydrogen gas and 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 a shift reactor 186, and the carbon dioxide gas is subjected to a shift reaction to carbon monoxide in a hydrogen gas atmosphere to generate carbon monoxide. And water are generated.
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, cooled to a predetermined temperature (for example, 600° C. or lower), and then supplied to the carbon deposition separation unit 200.
In the carbon deposition separation part 200, powder 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 spiral flow path 214 can be made long, and the spiral flow path 214 can have a longer retention time. The reaction time can be taken sufficiently and powder carbon can be efficiently obtained without wasting carbon dioxide gas.
The steam for carbon deposition separation part 200 is sent to the condenser 26 via the pipe P117 and cooled in 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, since the first fuel cell stack 12, the second fuel cell stack 14 and the carbon production section 166 are continuously connected and provided on-site, power is being generated. Can continuously and efficiently produce powdered carbon.
Unless carbon powder is ignited and burned, carbon powder is not released into the atmosphere as carbon dioxide gas, and the release of carbon dioxide gas into the atmosphere can be suppressed.
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 is easy to transport to the storage site, and if it is not placed under conditions where the ignition source and oxygen are uniform, landfill disposal underground or just loading it on the ground will stabilize carbon fixation for a long time. Can be realized. The produced powder carbon can also be used in commercial and industrial fields 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, powder carbon is generated from carbon dioxide gas, but a carbon product manufacturing device 216 that converts powder carbon into graphite, carbon nanotubes, diamond or the like may be further added. In the carbon product manufacturing apparatus 216, for example, recovered powder carbon is used at high temperature (electric heater temperature rise), high pressure (electric high pressure press) by utilizing electric power generated by the fuel cell power generation system 10B, electric power from renewable energy, or the like. ) By placing in an environment, a powder of synthetic diamond can be obtained by a known technique. Further, for example, the recovered powdered carbon is utilized by a known technique such as an arc discharge method, a laser ablation method, a CVD method or the like by utilizing the electric power generated by the fuel cell power generation system 10B or the electric power generated by renewable energy. Nanotubes can be obtained. Furthermore, the recovered powdered carbon can be used to obtain graphite by a known technique by utilizing the electric power generated by the fuel cell power generation system 10B, the electric power from 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 carbon powder such as graphite, carbon nanotubes or diamond powder, it does not burn easily even if there is an ignition source or oxygen, and it fixes carbon safely and long-term stably even if it is loaded on the ground. This makes it possible to reduce the energy loss and cost for transportation and press-fitting, because there is no restriction on the storage location. It should be noted that graphite can be used as a pencil lead, brake pads for automobiles, etc., carbon nanotubes as semiconductors and structural materials, and synthetic diamond powder can be used as industrial materials, blade materials for diamond cutters of machine tools, etc. it 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。 The carbon product manufacturing apparatus 216 is also a part of the carbon manufacturing unit 166, and is provided on-site in the fuel cell power generation system 10B. Further, the product produced by using powdered carbon is not limited to the above carbon product, and a carbon material such as carbon nanohorn or fullerene may be produced by a known technique and used commercially or industrially.
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 raising device 184 of the present embodiment, the gas combustion flow passage 208 has a spiral shape on the outer side and the temperature raising section 210 does not have a spiral shape on the inner side, but the gas combustion flow path has a spiral shape on the inner side. The temperature raising unit 210 may be 208 and the outside may not be spiral.
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。 Further, in the temperature raising unit 184 of the present embodiment, the temperature raising unit 210 is not a spiral flow passage, but the temperature raising unit 210 may be a spiral flow passage.
[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 variously modified and carried out within the scope not departing from the spirit thereof. Of course,
本発明の燃料電池としては、他の燃料電池、例えば溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)、リン酸形燃料電池(PAFC)、固体高分子形燃料電池(PEFC)を用いることもできる。 As the fuel cell of the present invention, other fuel cells such as a molten carbonate fuel cell (MCFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), and a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can also be used.
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 1st fuel electrode (fuel electrode)
12B 1st air electrode (air electrode)
14 Second fuel cell stack (fuel cell)
14A 2nd 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 (partitioning member)
29 Inner spiral passage forming member (partitioning member)
170 Water Electrolyzer 184 Heater (Reactor)
200 Carbon deposition separation part (carbon deposition part)
204 partition wall 208 gas combustion flow path (first flow path)
212 spiral passage forming member (partitioning member)
210 Temperature rising part (2nd flow path)
P6-2 Branch air electrode off-gas pipe (second introduction path)
P7-2 Second fuel electrode off-gas pipe (first introduction path)
Claims (5)
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、流路内部を筒軸の方向に向けて螺旋状とする仕切り部材と、
を備えた反応装置。 A partition wall that has a tubular shape and separates the inner first flow path from the outer second flow path;
A catalyst that is provided in at least one of the first flow path and the second flow path and that promotes a reaction between gases;
A partitioning member which is provided in at least one of the first flow path and the second flow path and has a spiral shape inside the flow path in the direction of the cylinder axis;
A reactor equipped with.
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3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。 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 generate power, and the unreacted fuel gas and first carbon dioxide gas from the fuel electrode. A fuel cell in which the fuel electrode off-gas containing is discharged, and the air electrode off-gas containing oxygen is discharged from the air electrode;
One of the first flow path and the second flow path is a reaction path provided with an oxidation catalyst as the catalyst and the partition member, the gas permeable film is an oxygen permeable film, and the first flow path is And the reaction device according to claim 3, 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 to the reaction path;
A second introduction path for introducing the air electrode off-gas into the air electrode off-gas passage,
Equipped 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 off-gas and oxygen that has permeated the oxygen permeable membrane from the first flow path.
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。 Electric power is generated by a fuel gas containing a carbon compound and supplied to a fuel electrode and an oxidant gas containing oxygen and supplied to an air electrode, carbon dioxide gas is discharged from the fuel electrode, and oxygen is contained from the air electrode. A fuel cell that emits air electrode offgas,
A water electrolysis device that electrolyzes water to generate hydrogen gas and oxygen gas,
It has a tubular shape, and has an outer first flow path and an inner second flow path that is arranged with a partition wall therebetween, and has a spiral shape in which the flow path interior is directed to the first flow path in the direction of the cylinder axis. A partitioning member is formed, and a reaction device in which the hydrogen gas and the oxygen gas are reacted in the first flow path, and the carbon dioxide gas and the hydrogen gas are supplied to the second flow path,
A carbon deposition part in 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,
And a fuel cell power generation system.
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