(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードに供給される水素を含むアノードガスとカソードに供給される酸素を含むカソードガスで発電する燃料電池と、燃料ガスと蒸気を改質器でアノードガスとしアノードに供給するアノードガスラインと、アノード排ガスを断熱改質器で改質しアノードに供給するアノード排ガス改質ラインと、アノード排ガスとカソード排ガスとを触媒燃焼器で燃焼して燃焼排ガスを発生し改質器を加熱した後カソードに供給する炭酸ガスリサイクルラインと、アノード排ガスとカソード排ガスを燃焼した燃焼ガスによりタービンを回転し圧縮機を駆動して圧縮空気を生成しカソードに供給するタービン圧縮機と、このタービン圧縮機のタービン排気で蒸気を発生し前記改質器に供給する排熱回収蒸気発生装置と、を備えた燃料電池発電装置であって、前記アノード排ガス改質ラインと前記炭酸ガスリサイクルラインにはガスを注入して軸シールを行なうリサイクルブロワが設けられており、この軸シール用ガスとして前記排熱回収蒸気発生装置の発生する蒸気を用いることを特徴とする燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率で環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にない特徴を有しており、水力、火力、原子力に続く発電システムとして注目を集め、現在鋭意研究が進められている。
【０００３】
図３は都市ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電設備の一例を示す図である。図３において、発電設備は、蒸気と混合した燃料ガス（都市ガス）を水素を含むアノードガスに改質する改質器２２と、酸素を含むカソードガスと水素を含むアノードガスとから発電する燃料電池２０とを備えており、改質器２２で生成されるアノードガスはアノードガスライン２により燃料電池２０に供給され、燃料電池２０の中でその大部分を消費してアノード排ガスとなり、アノード排ガスライン４により燃焼用ガスとして触媒燃焼器２３へ供給される。
【０００４】
触媒燃焼器２３ではアノード排ガス中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）を燃焼して高温の燃焼排ガスを生成し、改質器２２の加熱室に供給しこの燃焼排ガスにより改質室を加熱し、改質室で改質触媒により燃料ガスを改質してアノードガスとする。アノードガスは燃料予熱器２４によって燃料ガスライン１を流れる蒸気と混合した燃料ガスと熱交換し、燃料電池２０のアノードに供給される。また加熱室を出た燃焼排ガスは炭酸ガスリサイクルライン７で炭酸ガスリサイクルブロワ３２によりカソードに供給される。燃焼排ガスには多量の炭酸ガスが含まれており、電池反応に必要な炭酸ガスの供給源となる。空気ライン８からの空気が炭酸ガスリサイクルブロワ３２の出側に供給されカソードの電池反応に必要な酸素を供給する。カソードから排出されるカソード排ガスの一部は循環ライン３によりカソードに供給される。このカソード排ガスと燃焼排ガスと空気が混合してカソードガスとなりカソードに供給される。アノード出側にはアノード排ガス改質ライン６が設けられ、未燃焼燃料を含むアノード排ガスを断熱改質器３６で改質し、アノードに供給する。断熱改質器３６は容器に改質触媒を充填し断熱してアノード排ガスの高温状態を保ち触媒作用により改質ガスにするものである。
【０００５】
カソードガスは燃料電池２０内で電池反応して高温のカソード排ガスとなり、一部は循環ライン３によりカソードを循環し、他の一部はカソード排ガスライン５により触媒燃焼器２３へ供給され、残部はアノード排ガスとともに燃焼器３８で燃焼され、空気を圧縮する圧縮機を駆動するタービン圧縮機２８で動力を回収した後、さらに排熱回収蒸気発生装置３０で熱エネルギを回収して系外に排出される。なお、この排熱回収蒸気発生装置３０で発生した蒸気が蒸気ライン９により燃料ガスライン１に入り、燃料ガスと混合して改質器２２に送られる。
【０００６】
炭酸ガスリサイクルライン７には炭酸ガスリサイクルブロワ３２が設けられている。取り扱うガスの温度が６５０℃程度になるため、ブロワ３２の軸シールに圧縮空気が用いられ、所内用の空気圧縮機４０から圧縮空気が供給される。またアノード排ガス改質ライン６にもアノードリサイクルブロワ３４が設けられ、取り扱うガスの温度が６５０℃程度になるため、ブロワ３４の軸シールに窒素ガスが用いられ、窒素ガス供給装置４２から窒素が供給される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
炭酸ガスリサイクルブロワ３２に使用される圧縮空気量はかなりの量、例えば６０Ｎｍ3 ／ｈにもなり、所内空気用動力に大きな割合を占め、プラント効率低下の要因となっている。また、アノードリサイクルブロワ３４も窒素ガスの使用量が大きく、例えば３０Ｎｍ3 ／ｈにもなり、運転コスト増加の要因になっている。
【０００８】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたもので、所内用動力の削減と運転コストの低減を大幅に行なう燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、アノードに供給される水素を含むアノードガスとカソードに供給される酸素を含むカソードガスで発電する燃料電池と、燃料ガスと蒸気を改質器でアノードガスとしアノードに供給するアノードガスラインと、アノード排ガスを断熱改質器で改質しアノードに供給するアノード排ガス改質ラインと、アノード排ガスとカソード排ガスとを触媒燃焼器で燃焼して燃焼排ガスを発生し改質器を加熱した後カソードに供給する炭酸ガスリサイクルラインと、アノード排ガスとカソード排ガスを燃焼した燃焼ガスによりタービンを回転し圧縮機を駆動して圧縮空気を生成しカソードに供給するタービン圧縮機と、このタービン圧縮機のタービン排気で蒸気を発生し前記改質器に供給する排熱回収蒸気発生装置と、を備えた燃料電池発電装置であって、前記アノード排ガス改質ラインと前記炭酸ガスリサイクルラインにはガスを注入して軸シールを行なうリサイクルブロワが設けられており、この軸シール用ガスとして前記排熱回収蒸気発生装置の発生する蒸気を用いる。
【００１０】
排熱回収蒸気発生装置の発生する蒸気は、燃料ガスラインに送られ燃料ガスと混合して改質器に送られ、アノードガスを生成するのに用いられている。しかし、容量的にはかなり余裕がある。両リサイクルブロワは少なくても６００℃以上のガスの移送に用いられるので、軸シール用ガスとして蒸気を使用することができる。これにより、所内圧縮空気用の動力の低下と、高価な窒素ガスが不要になることによる運転コストの低下が実現される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の燃料電池発電装置の構成を示すブロック図である。図３と同一符号のものは同一のラインや機器等を表す。図３の装置について詳細に説明したので、図３との相違点を説明する。図１においては、図３の炭酸ガスリサイクルブロワ３２へ圧縮空気を供給する空気圧縮機４０とアノードリサイクルブロワ３４に窒素ガスを供給する窒素ガス供給装置４２を除去し、排熱回収蒸気発生装置３０からの蒸気ライン９をそれぞれのブロワ３２，３４に接続し、軸シールガスとして蒸気を供給する。これにより、炭酸ガスリサイクルブロワ３２に圧縮空気を供給し、アノードリサイクルブロワ３４に窒素ガスを供給した場合と同一のシール効果が得られる。
【００１２】
図２は炭酸ガスリサイクルブロワ３２とアノードリサイクルブロワ３４に用いられている軸シールの構造を示す図である。ブロワ軸５０には黒鉛よりなる耐熱材のスリーブ５１が固定され、このスリーブ５１にＳｉＣで製作されたメイティングリング５２が固定され、ブロワ軸５０とともに回転する。メイティングリング５２に摺動面５５で接するカーボンで製作されたシールリング５３が設けられ、ケーシング５４にブロワ軸５０方向に摺動可能に支持されている。このシールリング５３はセグメントシール５６を介してバネによりメイティングリング５２に押付けられシールを保つようになっている。ケーシング５４にはシールガス注入口５７が設けられ、シールガスとして蒸気が注入される。蒸気は矢印で示す経路を通りケーシング５４に固定されたラビリンスシール部５８を通り、ブロワ内に入る。このようにブロワ内圧より高い圧力の蒸気をブロワ内に注入することにより、ブロワ３２，３４からの高温ガスの漏洩を防止する。
【００１３】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は、従来圧縮空気や窒素ガスで軸シールされていたブロワをシステム内の蒸気発生装置からの蒸気で行なうことにより、空気圧縮機の動力の減少を可能とし、窒素の供給を不要として運転コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池発電装置の構成を示す図である。
【図２】高温ブロワの軸シールの構成を示す図である。
【図３】従来の燃料電池発電装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  燃料ガスライン
２  アノードガスライン
３  循環ライン
４  アノード排ガスライン
５  カソード排ガスライン
６  アノード排ガス改質ライン
７  炭酸ガスリサイクルライン
８  空気ライン
９  蒸気ライン
２０  燃料電池
２２  改質器
２３  触媒燃焼器
２４  燃料予熱器
２６  脱硫器
２８  タービン圧縮機
３０  排熱回収蒸気発生装置
３２  炭酸ガスリサイクルブロワ
３４  アノードリサイクルブロワ
３６  断熱改質器
３８  燃焼器
４０  空気圧縮機
４２  窒素ガス供給装置
５０  ブロワ軸
５１  スリーブ
５２  メイティングリング
５３  シールリング
５４  ケーシング
５５  摺動面
５６  セグメントシール
５７  シールガス注入口
５８  ラビリンスシール部
【図１】
0004218055.tif 000002
【図２】
0004218055.tif 000003
【図３】
0004218055.tif 000004