DE69006458T2

DE69006458T2 - Energiegewinnungssystem mit Anwendung von geschmolzenen Karbonatbrennstoffzellen.

Info

Publication number: DE69006458T2
Application number: DE69006458T
Authority: DE
Inventors: Toshio Kamata; Kazunori Kobayashi; Minoru Koga; Minoru Mizusawa; Satoshi Morishima; Takenori Watanabe
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1989-11-25
Filing date: 1990-11-14
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: EP0429958B1; KR910010805A; JP2899709B2; DE69006458D1; US5082752A; EP0429958A2; EP0429958A3; JPH03167760A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiegewinnungssystem unter Verwendung von Karbonatschmelzebrennstoffzellen.
Eine Brennstoffzelle wandelt die chemische Energie eines Brennstoffs direkt in elektrische Energie um. Es sind viele Energiegewinnungssysteme unter Verwendung von Brennstoffzellen vorgeschlagen worden und ein Karbonatschmelzebrennstoffzellensystem ist ein Typisches unter ihnen. Die Karbonatschmelzebrennstoffzelle enthält einen Stapel Brennstoffzellen mit zwischen zwei benachbarten Brennstoffzellen angeordneten Trennelementen. Die Brennstoffzelle enthält gewöhnlich eine Anode (Brennstoffelektrode), eine Kathode (Sauerstoffelektrode) und einen zwischen der Anode und Kathode eingeschlossenen karbonatgetränkten Elektrolyt (Platte). Ein oxidierendes Gas wird der Kathode und ein Brennstoffgas der Anode derart zugeführt, daß die Energiegewinnung aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode stattfindet.
Ein Beispiel der konventionellen Energiegewinnungssysteme mit Karbonatschmelzebrennstoffzellen ist in Figur 9 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt, Dieses System wird im allgemeinen "Kathoden-Umlauf-Typ" genannt. Die Brennstoffzelle FC enthält eine Vielzahl von Brennstoffzellen. Jede Brennstoffzelle enthält eine schichtweise von einer Kathode 2 und einer Anode 3 eingeschlossene Elektrolytplatte 1. Die Brennstoffzellen sind mit zwischen zwei benachbarten Brennstoffzellen angeordneten Trennelementen aufgestapelt. Luft A wird durch ein an einer Luftzuführleitung 4 vorgesehenes Gebläse 5 druckbeaufschlagt und durch einen Luftvorheizer 6 vorgeheizt, bevor es der Kathode 2 als oxidierendes Gas zugeführt wird.
Von der Kathode 2 ausgestoßenes Kathodenabgas fließt durch eine Leitung 7 zu dem Luftvorheizer 6 und einem Wärmetauscher 8, und wird dann in die Atmosphäre ausgestoßen. Ein Teil des Kathodenabgases wird zur Luftzuführleitung 4 über eine Zweigleitung 9 zurückgeleitet und wieder zur Kathode 2 zurückgeführt. Ein anderer Teil des Kathodenabgases wird in eine Verbrennungssektion 12 eines Reformers 11 über eine Leitung 10 eingeführt, die von der Leitung 7 abzweigt.
Auf der anderen Seite wird Erdgas NG, das zur Anode 3 der Brennstoffzelle FC zugeführt wird, mit einem Teil des reformierten Gases, das aus einer Reformiersektion 13 des Reformers 11 in eine Reformiergasleitung 14 ausgegeben wird, vermischt und demgemäß wird der Schwefel der iin Erdgas enthaltenen Sulfide in Schwefelwasserstoff umgewandelt. Der Schwefelwasserstoff, der durch einen Erdgasvorheizer (Ofen) 15 geleitet wird, wird durch einen Entschwefler 16 entschwefelt. Nach der Entschwefelung wird das Erdgas zu einem Ejektor 19 geführt. Der Ejektor 19 leitet dahinein Dampf von einem Kessel 17 durch eine Dampfleitung 18. Der Dampf wird in die Reformiersektion 13 mit dem Erdgas eingeleitet. In der Reformiersektion 13 erfahren das Erdgas und der Dampf eine Reformierungsreaktion, um in Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid usw. umgewandelt zu werden. Das meiste der reformierten Gase wird zur Anode 3 der Brennstoffzelle FC über eine weitere Reformiergasleitung 20 geführt, die von der Reformiergasleitung 14 abzweigt. Von der Anode 3 ausgestoßenes Anodenabgas enthält ungebundenes H&sub2; und CO, so daß das Anodenabgas zur Verbrennungssektion 12 des Reformers 11 über eine Anodenabgasleitung 21 geführt wird und darin mit Luft, die in dem Kathodenabgas der Zweigleitung 10 enthalten ist, verbrennt. Von der Verbrennungssektion 12 des Reformers 11 ausgestoßenes Verbrennungsabgas erreicht den Kessel 17 und dann einen Kondensator 23 über eine Abgasleitung 22. Das Abgas wird durch den Kondensator 23 gekühlt und zu Wasser kondensiert. Dann werden das Gas und das Wasser voneinander durch einen Gas/Wasserabscheider 24 getrennt. Das Gas wird durch das Gebläse 25 druckbeaufschlagt und über die Luftzuführleitung 4 zur Kathode 2 geführt. Auf diese Weise wird eine große Menge oxidierendes Gas zur Kathode 2 zurückgeführt, um den Brennstoffzellenstapel zu kühlen.
Im oben beschriebenen Brennstoffzellensystem wird das CO&sub2; und O&sub2; enthaltende oxidierende Gas zur Kathode 2 geführt, so daß eine Reaktion:
CO&sub2; + 1/2 O&sub2; + 2e&supmin; T CO&sub3;&supmin;&supmin;
an der Kathode 2 stattfindet, bei der CO&sub3;&supmin; Karbonationen erzeugt werden. CO&sub3;&supmin;&supmin; bewegt sich in der Elektrolytplatte 1 und erreicht die Anode 3. Auf der anderen Seite erfährt das reformierte Gas, das H&sub2;, CO und CO&sub2; enthält, zugeführt zur Anode 3 eine Reaktion:
CO&sub3;&supmin;&supmin; + H&sub2; T H&sub2;O + CO&sub2; + 2e&supmin;,
wobei Wasserstoffgas hauptsächlich verbraucht wird, um Wasser und Kohlendioxid zu erzeugen.
Das Anodenabgas enthält ungebundenes H&sub2; und CO. So wird das Anodenabgas in die Verbrennungssektion 12 des Reformers 11 eingeführt und mit dem ungebundenes O&sub2; enthaltenden Kathodenabgas vermischt, um verbrannt zu werden. Die bei dieser Verbrennung erzeugte Wärme verursacht die Reformierreaktion in der Reformiersektion 13, wobei das Erdgas NG zu H&sub2;, CO und CO&sub2; reformiert wird.
Im oben beschriebenen Kathoden-Umlauftyp-Energiegewinnungssystem wird die Druckdifferenz zwischen Anode 3 und Kathode 2 klein, weil das Anodenabgas und das Kathodenabgas miteinander in der Verbrennungssektion 12 des Reformers 11 vermischt werden. Ein hoher Wirkungsgrad der Energiegewinnung wird durch Erhöhen der Konzentration des Kohlendioxids am Eingang der Kathode 2 erreicht, weil das Verbrennungsabgas von der Verbrennungssektion 12 des Reformers 11 und das Kathodenabgas zur Kathode 2 zurückgeführt werden.
Figur 10 zeigt ebenso ein konventionelles Energiegewinnungssystem. Dieses wird im allgemeinen "Anoden-Umlauftyp" genannt. Eine Anodenrückführschleife wird durch die Anode 3 der Brennstoffzelle FC, die Anodenabgasleitung 21, das Gebläse 26, die Reformiersektion 13 des Reformers 11 und die Reformiergasleitung 14, die das reformierte Gas zur Anode 3 führt, gebildet. Das Erdgas NG fließt durch den Entschwefler 16 und den Wärmetauscher 15, bevor die Anodenabgasleitung 21 der Anodenrückführschleife erreicht wird. Auf der anderen Seite wird das zur Kathode 2 zuzuführende, oxidierende Gas, nachdem es durch das Gebläse 5 druckbeaufschlagt wird, mit dem Verbrennungsabgas vermischt. Das Verbrennungsabgas wird von der Verbrennungssektion 12 des Reformers 11 in die Abgasleitung 22 ausgegeben und dann über die Luftzuführleitung 4 zur Kathode 2 geführt. Ein Teil des Kathodenabgases wird zum Kessel 17 geleitet, in dem es einem Wärmetausch mit dein von einer Pumpe 27 zugeführten Wasser ausgesetzt wird. Dabei wird Dampf erzeugt, der für bestimmte Zwecke verwendet wird, bevor er in die Atmosphäre ausgestoßen wird. Ein Teil des Kathodenabgases wird in die Verbrennungssektion 12 des Reformers 11 über die Kathodenabgasleitung 7 eingeführt, so daß die unreagierten Gase des Anodengases und das Kathodenabgas in der Verbrennungssektion 12 verbrannt werden, um Wärme zu erzeugen. Die Wärme wird durch die Reformiersektion 13 aufgenommen, um die Reformierreaktion zu ermöglichen.
Ferner wurde eine konventionelle Brennstoffzelle mit interner Reformierung entwickelt. Diese Brennstoffzelle kombiniert funktionell den Brennstoffzellenstapel mit dem Reformer. Wie in den Figuren 11 und 12 dargestellt, ist die Anode 3 mit einer Rippe 28 ausgestattet. Die Brennstoffzellenelemente (jedes Element enthält die Kathode 2, die Anode 3 und die schichtweise von der Anode 3 und Kathode 2 umgebene Elektrolytplatte 1) sind über die Trennelemente 31, wie gewöhnliche Brennstoffzellen, aufgestapelt. Da aber jede Anode 3 die Rippe 28 hat, werden durch die Rippen 28 Brennstoffgasdurchgänge 29 gebildet. In dem Durchgang 29 ist ein Reformierkatalysator (Aluminiumsubstrat und Ni) 30 angeordnet, so daß der Durchgang 29 als Reformer dient. Das Erdgas und der Dampf werden in den Durchgang 29 zugeführt, während das Brennstoffgas und das oxidierende Gas in einen Gasdurchgang 32a, der durch das Trennelement 31 definiert ist, zugeführt werden, wobei die Reformierreaktion an der Anode 3 und die elektrochemische Reaktion zwischen der Anode 3 und der Kathode 2 gleichzeitig stattfinden. Dabei bezeichnet Nummer 32b einen Kühlluftdurchgang.
In der oben beschriebenen Brennstoffzelle mit interner Reformierung finden die Reformierreaktion und die elektrochemische Reaktion zur selben Zeit statt. Daher schreitet die Reformierreaktion jenseits eines Methanumwandlungsverhältnisses fort, das durch das chemische Temperaturgleichgewicht bestimmt wird, da Wasserstoff und Kohlenmonoxid bei diesen Reaktionen verbraucht werden. Folglich wird ein hohes Methanumwandlungsverhältnis bei einer relativ geringen Temperatur erreicht. Zudem ist die elektrochemische Reaktion eine exotherme Reaktion, während die Reformierreaktion eine endotherme Reaktion ist, so daß ein höherer Wirkungsgrad der Energiegewinnung durch einen ausgeglichenen Betrieb erreicht wird.
Im in Figur 9 gezeigten Kathoden-Umlauftyp-System beträgt jedoch der Endwirkungsgrad 45,5% bei HHV (Anoden-Brennstoffausnutzungsgrad beträgt 80%, Stromdichte beträgt 150 mA/cm² und Reformier-Dampf/Kohlenstoff-Verhältnis (s/c-Verhältnis) beträgt 3) und die Zellenausgangsspannung beträgt 0,69 V. Diese Werte werden als niedrige Werte angesehen. Dies ist so, weil auch das aus der Verbrennungssektion 12 des Reformers 11 ausgestoßenen Verbrennungsgas kondensiert wird, um das Wasser zu entfernen, und zur Kathode 2 mit einem Teil des Kathodenabgases zurückgeführt wird, wobei dieser Teil des Kathodenabgases gekühlt wird, bevor es zur Kathode 2 zurückgeführt wird, um die CO&sub2;-Konzentration am Kathodeneingang zu erhöhen. Die CO&sub2;-Konzentration am Kathodeneingang erreicht nur 11,3%, das heißt, die CO&sub2;-Konzentration ist immer noch niedrig. Auch wenn die Fließrate der durch das Gebläse 5 druckbeaufschlagten Luft und der durch das Gebläse 25 druckbeaufschlagten und dann zur Kathode 2 zurückgeführten Luft auf 20 mol/m gesetzt wird, beträgt die Gasfließrate am Kathodenausgang 17,6 mol/m, so daß der Energieverbrauch der Gebläse 5 und 25 erhöht ist. Als Ergebnis erhöht sich der Energieverbrauch des Systems und der Endwirkungsgrad wird verringert. Zudem ist es nicht möglich, die Stromdichte zu erhöhen, da die Zellenausgangsspannung niedrig ist. Daher kann die Anlage nicht kompakt ausgebildet sein.
Bei einem Anoden-Umlauftyp-System der Figur 10 hängt die Kühlung des Brennstoffzellenstapels hauptsächlich von dem Anoden-Umlaufgas ab. Die zur Reformierreaktion benötigte Wärme hängt hauptsächlich von der ungebundenen Wärme (mit einer Temperatur von etwa 700ºC) des Anodenabgases ab. Daher bestehen die folgenden Nachteile:
(i) das Anodenabgas, das reagiertes Gas, wie KOH oder Karbonatdampf, enthält, vergiftet den Katalysator der Reformiersektion des Reformers 11;
(ii) die Anodenrückführschleife ist eine Hochtemperaturrückführschleife und der Verlust des für die Rückführschleife verwendeten Gebläses 26 wächst mit der Erhöhung der Gastemperatur, wenn der Druckverlust der Anodenrückführschleife konstant ist. Insbesondere besteht ein gegenüber der gewöhnlichen oder Raumtemperatur dreifacher Verlust ((273+550)/273 = 3);
(iii) da das Anodengas, das eine geringe H&sub2;- und CO-Konzentration aufweist, zurückgeführt wird, werden die H&sub2;- und die CO-Konzentrationen am Anodeneingang verringert, was in Folge die Zellenspannung verringert und
(iv) an der Anode 3 reagiert das Karbonation CO&sub3;&supmin;&supmin; von der Kathode 2 mit dem Wasserstoffgas, um H&sub2;O und CO&sub2; zu erzeugen, so daß die Temperaturgrenzschicht dicker wird. Daher ist es nachteilig, die Kühlung des Brennstoffzellenstapels an der Anodenseite durchzuführen, da im Vergleich mit der Kathode 2 die Wärmeübergangszahl der Anode 3 kleiner ist.
Weiter wird bei der Brennstoffzelle mit interner Reformierung der Figur 11 der Katalysator aufgrund des Karbonats naß, da der Reformierkatalysator 30 in dem Gasdurchgang der Anode angeordnet ist. Außerdem ist die Steuerung der Temperatur innerhalb des Brennstoffzellenstapels schwierig.
Die JP-A-1 186 565 offenbart eine Anordnung einer Karbonatschmelzebrennstoffzelle mit externem und internem Reformer. Ein Katalysator ist in der Kühlungssektion der Brennstoffzelle angeordnet, um dort das Gas zu reformieren, das dann durch die externe Reformiersektion, einen Wärmetauscher und zur Anode der Brennstoffzelle geleitet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Energiegewinnungssystem mit Brennstoffzellen mit interner Reformierung anzugeben, bei dem der Reformierkatalysator nicht mit dem Karbonat in Berührung kommt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Energiegewinnungssystem mit einem Stapel von Brennstoffzellen mit interner Reformierung anzugeben, das eine einfache Steuerung der Temperatur innerhalb des Brennstoffzellenstapels erlaubt.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Energiegewinnungssystem mit Karbonatschmelzebrennstoffzellen anzugeben, dessen Wirkungsgrad der Energiegewinnung höher ist als der der bekannten Systeme.
Erfindungsgemäß ist ein Energiegewinnungssystem unter Verwendung von Karbonatschmelzebrennstoffzellen vorgesehen mit einer Vielzahl von Karbonatschmelzebrennstoffzellen, wobei die Brennstoffzellen übereinander unter Zwischenschaltung von Trennelementen aufgestapelt sind, jede Brennstoffzelle eine Kathodenelektrode, eine Anodenelektrode und eine schichtweise von der Kathoden- und Anodenelektrode eingeschlossene, karbonatgetränkte Elektrolytplatte hat, ein oxidierendes Gas der Kathode zugeführt wird und ein Brennstoffgas der Anode zugeführt wird, mit Kühlplatten, die zwischen vorbestimmten Paaren von zwei aufeinanderfolgenden Brennstoffzellen vorgesehen sind, mit Durchgängen, die in jeder Kühlplatte eingeformt sind, um Rohmaterialgas für Reformierung und für Stapelkühlung durch die Durchgänge fließen zu lassen, mit in den Durchgängen angeordnetem Reformierkatalysator, mit einem externen Reformer, der außerhalb des Brennstoffzellenstapels vorgesehen ist, wobei der externe Reformer eine Reformiersektion und eine Verbrennungssektion hat, mit einer Stapelkühlgasleitung, die mit den Durchgängen der Kühlplatten verbunden ist, um das Rohmaterialgas für die Reformierung und Stapelkühlung in die Durchgänge der Kühlplatten einzuleiten, mit einer ersten Leitung, die die Durchgänge der Kühlplatten mit der Reformiersektion des externen Reformers verbindet, um das Rohmaterialgas für die Reformierung und Stapelkühlung in die Reformiersektion einzuleiten, mit einer zweiten Leitung für Prozeßgas, die mit der Reformiersektion des externen Reformers verbunden ist, um Rohmaterialgas für den Prozeß zur Reformiersektion zuzuführen, mit einer Anodengaszuführleitung, um der Anode reformiertes Gas, das die Durchgänge der Kühlplatten durchlaufend reformiert wurde, und reformiertes Gas, das durch die Reformiersektion des externen Reformers reformiert wurde, zuzuführen, mit einer Anodenabgasleitung, um Anodenabgas der Verbrennungssektion des externen Reformers zuzuführen, mit einer Kathodengaszuführleitung, um von der Verbrennungssektion des externen Reformers ausgestoßenes Abgas der Kathode mit Luft zuzuführen, und mit einer Kathodenabgasleitung, um das Kathodenabgas auszustoßen.
Gemäß diesem System wird das Rohmaterialgas für die Reformierung (das Stapelkühlgas) den Kühlplatten, die in dem Brennstoffzellenstapel vorgesehen sind, zugeführt. Das Rohmaterialgas wird durch den in den Kühlplatten angeordneten Reformierkatalysator reformiert. Die Kühlung des Brennstoffzellenstapels wird durch die endotherme Reaktion vollzogen, die bei der Reformierung des Rohmaterialgases stattfindet. Da in diesem Falle der Reformierkatalysator in den in den Kühlplatten vorgesehenen Durchgängen angeordnet ist, ist der Reformierkatalysator vollständig vom Karbonat isoliert. Daher wird der Katalysator nicht von dem Karbonat vergiftet. Außerdem wird die Temperaturverteilung in vertikaler Richtung innerhalb des Brennstoffzellenstapels einfach gesteuert durch Einstellen eines Verhältnisses der Fließrate des dem außen befindlichen Reformer zuzuführenden Rohmaterialgases für die Reformierung (und für das Verfahren) und der Fließrate des den Kühlplatten zuzuführenden Rohmaterialgases für die Reformierung (und für die Stapelkühlung). Darüberhinaus wird die Druckluft (Antriebsfluid), wenn das Verbrennungsabgas der Kathode zugeführt wird, dem Ejektor zugeführt, so daß die Steuerung der Druckdifferenz zwischen Anode und Kathode innerhalb des Stapels mit dem Ejektor durchgeführt werden kann. Zudem kann das reformierte Gas von den Kühl platten zum Eingang der Reformiersektion des Reformers zurückgeführt werden. In diesem Falle ist es möglich, das Reformierverhältnis (oder das Reformerumwandlungsverhältnis) der Kühlplatten unabhängig von der Stapelausgangstemperatur auszuwählen.
Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Energiegewinnungssystems unter Verwendung von Karbonatschmelzebrennstoffzellen,
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenstapels mit indirekter interner Reformierung,
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Kühlplatte,
Figur 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Gasdurchganges gemäß Figur 3,
Figur 5 zeigt eine Beziehung zwischen Brennstoffausnutzungsverhältnis an einer Anode und Anlagenwirkungsgrad,
Figur 6 zeigt eine Beziehung zwischen Ausgangstemperatur am Brennstoffzellenstapel und Anlagenwirkungsgrad,
Figur 7 zeigt eine Beziehung zwischen Dampf/Kohlenstoff-Verhältnis eines Erdgases zur Stapelkühlung und Anlagenwirkungsgrad,
Figur 8 stellt eine Beziehung zwischen Fließrate an einem Ejektor und Anlagenwirkungsgrad dar,
Figur 9 zeigt ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Energiegewinnungssystems mit Brennstoffzelle vom Kathoden-Umlauftyp,
Figur 10 zeigt ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Energiegewinnungssystems mit Brennstoffzelle vom Anoden-Umlauftyp,
Figur 11 zeigt eine Brennstoffzelle mit interner Reformierung und
Figur 12 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Teils XII der Figur 11.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Energiegewinnungssystems unter Verwendung von Karbonatschmelzebrennstoffzellen. Wie in Figur 2 dargestellt, enthält die Karbonatschmelzebrennstoffzelle C eine schichtweise von einer Kathode 2 und einer Anodenelektrode 3 eingeschlossene Elektrolytplatte 1 (Keramikplatte). Eine Vielzahl von Brennstoffzellen C sind unter Zwischenschaltung von Trennelementen 31 aufgestapelt und dann sind Kühlplatten 33 zwischen mehrere zweier benachbarter Brennstoffzellen C eingefügt, wobei damit ein Brennstoffzellenstapel S mit indirekter interner Reformierung entsteht. Ein Reformierkatalysator ist in den Kühlplatten 33 vorgesehenen Gasdurchgängen 34 angeordnet. Die Gasdurchgänge 34 erstrecken sich durch die Kühlplatte 33. Oxidierendes Gas wird der Kathode 2 jeder Brennstoffzelle C zugeführt. Brennstoffgas wird der Anode 3 über Zu- und Abflußverteiler 35 für oxidierendes Gas bzw. Zu- und Abflußverteiler 36 für Brennstoffgas, die entlang der Peripherie der Elektrolytplatte 1 angeordnet sind, über das Trennelement 31 und über die Kühlplatte 33 zugeführt. Außerhalb des Brennstoffzellenstapels S mit indirekter interner Reformierung ist ein externer Reformer vorgesehen, der eine Reformiersektion 38 und eine dieser benachbarte Verbrennungssektion 39 aufweist. Rohmaterialgas (Erdgas) CG für die Reformierung und/oder für die Stapelkühlung wird durch einen Entschwefler 40 entschwefelt. Das Rohmaterialgas CG und der von einem Kessel 41 über eine Dampfleitung 42 zugeführte Dampf (Antriebsfluid) werden in einem Ejektor 43 miteinander vermischt und dann durch einen Vorheizer 44 vorgeheizt, bevor sie über eine Stapelkühlungsgasleitung 45 zu den Gasdurchgängen 34 der Kühlplatten 33 geleitet werden. Andererseits wird Rohmaterialgas (Erdgas) PG für die Reformierung und/oder den außen befindlichen Reformierprozeß durch einen Entschwefler 46 entschwefelt. Das Rohmaterialgas und der über eine weitere Dampfleitung 47 vom Kessel 41 zugeführte Dampf (Antriebsfluid) werden miteinander an einem weiteren Ejektor 48 vermischt und dann durch einen weiteren Vorheizer 49 vorgeheizt, bevor sie über eine Prozeßgasleitung 50 zu den Gasdurchgängen 34 der Kühlplatten 33 geleitet werden. Das Reformiergas, das in den Kühlplatten 33 reformiert und in die Leitung 64 ausgegeben wird, wird mit dem reformierten Gas, das von der Reformiersektion 38 des externen Reformers 37 ausgegeben wird und an dem Luftvorheizer 51 einen Wärmeaustausch erfährt, vermischt. Dann werden diese Gase über eine Leitung 52 zur Anode 3 geführt.
In der Anode 3 findet folgende Reaktion statt:
H&sub2; + CO&sub3;&supmin;&supmin; T H&sub2;O + CO&sub2; + 2e&supmin;
Nach dieser Reaktion wird das Anodenabgas in eine Anodenabgasleitung 53 ausgegeben, um über die Vorheizer 44 und 49 zu fließen und die Verbrennungssektion 39 des externen Reformers 37 zu erreichen. Luft A wird durch einen Luftvorheizer 54 vorgeheizt und dann mit dem Verbrennungsabgas vermischt, das von der Verbrennungssektion 39 des externen Reformers 37 über eine Leitung 65 ausgegeben wird. Diese Gase werden weiter vorgeheizt durch den Luftvorheizer 51 und in eine Kathodengaszuführleitung 55 ausgegeben, um zur Kathode 2 zu gelangen.
In der Kathode 2 findet folgende Reaktion statt:
CO&sub2; + 1/2 O&sub2; + 2e&supmin; T CO&sub3;&supmin;&supmin;
Nach dieser Reaktion fließt das Kathodenabgas durch eine Kathodenabgasleitung 56 und ein Teil des Kathodenabgases wird dem Kessel 41 zugeführt, um das von einer Pumpe 57 geförderte Wasser zu erwärmen und zu verdampfen und weiter den Dampf in die Dampfleitungen 42 und 47 einzuspeisen, während ein anderer Teil des Kathodenabgases über eine Zweigleitung 58, den Vorheizer 59 und den Luftvorheizer 54 in die Atmosphäre ausgestoßen wird. Im Vorheizer 59 heizt das Kathodenabgas die Verbrennungsluft vor, die durch ein Gebläse 60 druckbeaufschlagt wurde, um sie der Verbrennungssektion 39 des externen Reformers 37 zuzuführen.
Die Figuren 3 und 4 zeigen ein Detail der Kühlplatte 33, die zwischen einer vorbestimmten Anzahl von zwei nebeneinanderliegender Brennstoffzellen C eingefügt ist. Entlang der Peripherie einer jeden Kühlplatte 33 sind ein Verteiler 35 für die Oxidiergaszufuhr und ein Verteiler 36 für die Brennstoffgaszufuhr eingeformt. Der Gasdurchgang 34 erstreckt sich in der Kühlplatte 33, um eine Öffnung des Verteilers auf einer Seite mit der entsprechenden Öffnung des selben Verteilers auf der anderen Seite zu verbinden. Das reformierte Gas für die Stapelkühlung fließt in den Durchgängen 34. Der Verbrennungskatalysator 61 ist derart in jedem Durchgang 34 eingefüllt, daß der Reformierkatalysator 61 nicht direkt das Karbonat der Brennstoffzelle berührt und daß das Rohmaterialgas (Erdgas), das mit dem Dampf reformiert wird, die in der Brennstoffzelle erzeugte Wärme aufnimmt und reformiert, während das Rohmaterialgas durch die Durchgänge 34 hindurchtritt. Die externe Reformiervorrichtung 37 kann unterschiedlichen Aufbau haben. Beispielsweise kann eine Reformiervorrichtung vom Plattentyp vorgesehen werden, die in der Japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 62- 145404 des gleichen Anmelders offenbart ist.
Ferner ist in Figur 1 ein Ejektor 62 in der Kathodenzuführleitung 55 zum Einführen der Luft zur Kathode 2 vorgesehen. Das Verbrennungsabgas von der Verbrennungssektion 39 des externen Reformers 37 wird zum Ejektor 62 geleitet. Die (druckbeaufschlagte) Luft als Antriebsfluid wird vom Ejektor 62 zur Kathode 2 geführt.
Alles oder ein Teil des reformierten Gases von den Gasdurchgängen 34 der Kühlplatte 33 kann über die Leitung 63 zur Reformiersektion 38 des externen Reformers 37 eingeführt und dann der Reformierreaktion ausgesetzt werden, bevor es zur Anode 3 geführt wird.
In Figur 1 fließt das Rohmaterialgas CG für die Reformierung und die Stapelkühlung, das der in den Brennstoffzellenstapel S eingefügten Kühlplatte 33 zuzuführen ist durch den Entschwefler 40, in dem Schwefel direkt durch Aktivkohle oder Mangandioxid absorbiert wird, um ihn aus dem Rohmaterialgas CG zu entfernen. Der Schwefel würde sonst sowohl den Reformierkatalysator als auch den Verbrennungskatalysator zerstören. Weiter wird das Rohmaterialgas für die Reformierung und für die Stapelkühlung durch den Ejektor 43 mit dem Dampf vom Kessel 41 unter Druck gesetzt und über den Vorheizer 44 dem Gasdurchgang 34 der Kühlplatte 33 zugeführt. Das dem Gasdurchgang 34 zugeführte Rohmaterialgas CG für die Reformierung fließt in Kontakt mit dem Reformierkatalysator 61. Gleichzeitig nimmt das Rohmaterialgas CG die Wärme des Brennstoffzellenstapels S auf, um in H&sub2; und CO umgewandelt oder reformiert zu werden. Die Reformierreaktion hängt im wesentlichen vom Dampf/Kohlenstoff-Verhältnis, von Temperatur und Druck ab. Das durch die Kühlplatte 33 reformierte Gas vereinigt sich mit dem reformierten Gas von der Reformiersektion 38 des externen Reformers 37 und fließt dann zur Anode 3 des Brennstoffzellenstapels S.
Andererseits fließt das Rohmaterialgas PG (Erdgas) für die Reformierung und für den Prozeß durch den Entschwefler 46, den Ejektor 48 und den Vorheizer 49, um die Reformiersektion 38 des externen Reformers 37 zu erreichen, in der die Reformierreaktion stattfindet. Danach wird das reformierte Gas der Anode 3 zugeführt. Die Reformierreaktion in der Reformiersektion 38 nutzt die Wärme, die bei der Verbrennung des Anodenabgases in der Verbrennungssektion 39 des externen Reformers 37 erzeugt wird.
Das der Anode 3 zugeführte, reformierte Gas reagiert mit den Karbonationen CO&sub3;&supmin;&supmin;, die bei der Reaktion an der Kathode 2 erzeugt werden. Dabei entsteht CO&sub2; und H&sub2;O. Da das Anodenabgas ungebundenes H&sub2; und CO enthält, wird das Anodenabgas durch die Vorheizer 44 und 49 einem Wärmetausch ausgesetzt und dann in die Verbrennungssektion 39 des externen Reformers 37 eingeführt. In diesem Fall ist die Fließrate des Rohmaterialgases für die Reformierung in dem externen Reformer 37 kleiner als bei einem konventionellen System vom Kathoden-Umlauftyp, so daß eine geringere Menge von ungebundenein H&sub2; und CO in dem Anodenabgas benötigt wird. Damit ist es möglich, einen Brennstoffausnutzungsgrad UF für den Brennstoffzellenstapel auf einen hohen Wert zu setzen, der dann den Wirkungsgrad der Energiegewinnung erhöht. Hier zeigt der Brennstoffausnutzungsgrad UF an, wieviel der mol-Fließrate des H&sub2; + CO unter den zur Anode 3 zugeführten Gasen im Kreislauf umgewandelt wird.
Das Verbrennungsabgas von der Verbrennungssektion 39 des externen Reformers 37 wird mit der Luft A vermischt und diese Gase werden zur Kathode 2 geführt. In diesem Fall dient die Luft als Antriebsfluid, um die Verbrennungsabgase in die Kathode 2 unter Verwendung des Ejektors 62 zuzuführen. Damit ist es möglich, die Druckdifferenz zwischen der Anode 3 und der Kathode 2 zu verringern. Auch ist es möglich, Kosten zu sparen, ohne einen teuren Wärmetauscher zu verwenden.
Nun wird als ein Beispiel das Ergebnis eines Experiments mit dem System nach Figur 1 erklärt. In dem Versuch wurde die Ausgangsleistung des Systems auf 2,11 kW, die Stromdichte auf 105 mA/cm², der Brennstoffausnutzungsgrad (UF) auf 80%, das Dampf/Kohlenstoff-Verhältnis (s/c-Verhältnis) des Rohmaterialgases (Erdgas) für die Reformierung und für die Stapelkühlung und des Rohmaterialgases für die Reformierung und für den Prozeß auf 3, die Brennstoffzelleneingangstemperatur auf 500ºC, die Brennstoffzellenausgangstemperatur auf 700ºC, die Temperatur am Eingang des externen Reformers auf 550ºC, die Temperatur am Ausgang des externen Reformers auf 720ºC, ein Überschußverhältnis (EA) an Luft für die Verbrennungssektion des externen Reformers 37 auf 1,2 , das Fließratenverhältnis (EJ) (Luft-mol-Fließrate/Fließrate des Verbrennungsabgases des externen Reformers) des Ejektors 62 auf 1,0, die Fließrate (CG) des Rohmaterialgases für die Reformierung und die Stapelkühlung auf 0,183 mol/m und die Fließrate (PG) des Rohmaterialgases für die Reformierung und den Prozeß auf 0,109 mol/m, d.h. das Fließratenverhältnis auf 0,183/0,109=63/37 (60% der Fließrate des ganzen Rohmaterialgases für die Reformierung wird für die Stapelkühlung und 40% desselben für den Prozeß verwendet) gesetzt. Der Versuch wurde unter Atmosphärendruck durchgeführt.
Die Gaskonzentrationen am Eingang der Kathode 2 des Brennstoffzellenstapels S waren wie folgt: CO&sub2; betrug etwa 17%, H&sub2;O betrug etwa 24%, N&sub2; betrug etwa 48% und O&sub2; betrug etwa 11%. Der Wert von "etwa 17%" für die CO&sub2;-Konzentration ist bemerkenswert höher als der Wert von 11% für konventionelle Systeme vom Kathoden-Umlauftyp. Der Wirkungsgrad der Energiegewinnung und die Zellenspannung waren ebenso im Vergleich mit einem konventionellen System vom Kathoden-Umlauftyp verbessert. Insbesondere betrug der Wirkungsgrad der Energiegewinnung EF der vorliegenden Erfindung 48,5%, während der des Kathoden-Umlauftypsystems 45,5% betrug. Die Zellenspannung VOLT der vorliegenden Erfindung betrug 0,72 V, während die des Kathoden-Umlauftypsystems 0,69 V betrug. Zudem ist die im System verbrauchte Energie gering, da die Gasfließrate der vorliegenden Erfindung kleiner war als ein Drittel beim konventionellen System. Der Ausgangswirkungsgrad ist hoch im Vergleich mit dem eines konventionellen Systems.
Der Brennstoffausnutzungsgrad UF der Anode 3 des Brennstoffzellenstapels S und der Anlagenwirkungsgrad sind in Figur 5 gezeigt. Figur 5 zeigt ein Ergebnis für einen dem vorgenannten ähnlichen Fall, wo die Brennstoffzelleneingangstemperatur auf 550ºC, die Brennstoffzellenausgangstemperatur auf 700ºC, die Temperatur am Eingang des externen Reformers 37 auf 550ºC, die Temperatur am Ausgang des externen Reformers 37 auf 720ºC, das Dampf/Kohlenstoff-Verhältnis (s/c) des Erdgases für die Stapelkühlung und für den Prozeß auf 3, das Luftüberschußverhältnis EA für die Verbrennungssektion des externen Reformers auf 1,2 und das Fließratenverhältnis EJ des Ejektors 62 auf 1,0 gesetzt wurde.
Der Wirkungsgrad der Energiegewinnung EF überschreitet 50%, wenn der Brennstoffausnutzungsgrad UF etwa 82% betrug, wie dies Kurve I zeigt. Die Zellenspannung VOLT fällt mit steigendem Brennstoffausnutzungsgrad UF, wie durch Kurve II gezeigt. Dies liegt an den jeweils fallenden H&sub2;- und CO-Konzentrationen in der Anode 3. Die Fließrate des Erdgases (Methan) für die Stapelkühlung erhöht sich, wenn sich der Brennstoffausnutzungsgrad UF vergrößert, wie durch Kurve III dargestellt. Dies geschieht, da sich die Gasfließrate verringert und die Kühlfähigkeit der Anode und Kathode sinkt, wenn der Brennstoffausnutzungsgrad UF steigt. Andererseits verringert sich die Fließrate des Erdgases (Methan) für den Prozeß, wenn der Brennstoffausnutzungsgrad UF steigt, wie durch Kurve IV dargestellt. Die beiden Fließraten sind gleich, wenn der Brennstoffausnutzungsgrad UF 72% beträgt. In Figur 5 gibt die Kurve V die Fließrate des zur Kathode 2 fließenden Gases an und die Kurve VI gibt die Fließrate des zur Anode 3 fließenden Gases an. Wie aus Figur 5 ersichtlich, wird die Anlagenwirkungsgrad verbessert, wenn der Brennstoffausnutzungsgrad gesteigert wird.
Figur 6 zeigt den Einfluß der Temperatur am Ausgang des Brennstoffzellenstapels S auf den Anlagenwirkungsgrad unter Versuchsbedingungen von Brennstoffausnutzungsgrad = 85%, Brennstoffzelleneingangstemperatur = 550ºC, Temperatur am Eingang des externen Reformers = 550ºC und Temperatur am Ausgang des externen Reformers = 720ºC. Die anderen Bedingungen entsprechen denen des Versuchs von Figur 5.
Der Wirkungsgrad der Energiegewinnung EF steigt allmählich, wenn sich die Brennstoffzellenausgangstemperatur erhöht, wie durch Kurve I dargestellt. Das Reformierverhältnis des Erdgases (Methan) an der Kühlplatte 33 steigt, wenn sich die Brennstoffzellenausgangstemperatur erhöht, wie durch Kurve VII dargestellt. Ebenso steigt die Zellenspannung VOLT, wenn sich die Brennstoffzellenausgangstemperatur erhöht, wie durch Kurve II dargestellt. Die Kurve III zeigt die Fließrate des Erdgases (Methan) für die Stapelkühlung und die Kurve IV zeigt die Fließrate des Erdgases (Methan) für den Prozeß.
In Figur 7 ist der Anlagenwirkungsgrad in einem Fall gezeigt, wo das s/c-Verhältnis des Methans für die Stapelkühlung erhöht wurde, um das Reformierverhältnis des Rohmaterialgases für die Reformierung zu erhöhen. Der Brennstoffausnutzungsgrad UF wurde auf 85%, das s/c-Verhältnis des Erdgases für den Prozeß auf 3 gesetzt und die anderen Bedingungen entsprachen denen des Versuchs von Figur 5.
Der Wirkungsgrad der Energiegewinnung EF war nahezu konstant, selbst wenn das s/c-Verhältnis des Methans für die Stapelkühlung erhöht wurde. Gleichwohl verringerte sich die Zellenspannung VOLT, wenn das s/c-Verhältnis stieg, wie durch Kurve II dargestellt. Die Kurve III zeigt die Fließrate des Erdgases (Methan) für die Stapelkühlung und die Kurve IV stellt die Fließrate des Erdgases (Methan) für den Prozeß dar.
In Figur 8 ist der Einfluß des Fließratenverhältnisses EJ des Ejektors 62 auf den Anlagenwirkungsgrad gezeigt. Der Brennstoffausnutzungsgrad UF wurde auf 85% gesetzt und die anderen Bedingungen entsprachen denen des Versuchs von Figur 5.
Der Wirkungsgrad der Energiegewinnung EF wurde durch das Fließratenverhältnis EJ des Ejektors 62 gering beeinflußt, wie die Kurve I zeigt. Die Zellenspannung VOLT wurde durch das Fließratenverhältnis EJ des Ejektors 62 ebenfalls wenig beeinflußt. Daher ist es möglich, die Druckdifferenz zwischen der Anode und der Kathode ohne größere Beeinflussung des Wirkungsgrades der Energiegewinnung EF und/oder der Zellenspannung VOLT zu steuern. Die Kurve VIII zeigt die der Kathode 2 zugeführte CO&sub2;-Konzentration (vol%-feucht) und Kurve IX zeigt die der Kathode 2 zugeführte O&sub2;-Konzentration (vol%-feucht).
In dem obengenannten Ausführungsbeispiel wird das durch die Kühlplatte 33 reformierte Gas direkt zur Anode 3 geführt. Gleichwohl kann das reformierte Gas von der Kühlplatte 33 zum Eingang der Reformiersektion 38 des externen Reformers 37 über die Leitung 63 eingeführt werden. In diesem Fall wird ein Problem bezüglich des Reformierverhältnisses des Erdgases für die Stapelkühlung beseitigt. Demgemäß kann die Reformierung an der Kühlplatte 33 unabhängig von der Temperatur am Ausgang des Brennstoffzellenstapels bestimmt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Energiegewinnungssystem unter Verwendung von Karbonatschmelzebrennstoffzellen sind, wie oben beschrieben, die Kühlpiatten, welche die Gasdurchgänge enthalten, zwischen einigen von zwei nebeneinanderliegenden Brennstoffzellen angeordnet, die Durchgänge sind mit dem Reformierkatalysator gefüllt, der externe Reformer ist außerhalb des Brennstoffzellenstapels vorgesehen, das Rohmaterialgas für die Reformierung und für die Stapelkühlung wird mit Dampf in die Kühlplatten eingeführt, um die Reformierung des Rohmaterialgases zu bewirken, das Rohmaterialgas für die Reformierung und für den Prozeß wird mit Dampf in die Reformiersektion des externen Reformers eingeführt, um das Rohmaterialgas zu reformieren, das reformierte Gas von den Kühlplatten und das reformierte Gas aus der Reformiersektion des externen Reformers werden zur Anode des Brennstoffzellenstapels geführt, das Anodenabgas wird in die Verbrennungssektion des externen Reformers eingeführt und das Verbrennungsabgas von der Verbrennungssektion wird mit Luft zur Kathode geführt.
Daher hat die vorliegende Erfindung folgende hervortretenden Vorteile:
(i) Die Kühlung des Brennstoffzellenstapels wird durch die endotherme Reformierreaktion des Dampfes und des Rohmaterialgases für die Reformierung erreicht, dessen Reaktion in den im Brennstoffzellenstapel angeordneten Kühlplatten stattfindet. Deshalb wird der Brennstoffzellenstapel bezüglich der Zellebene im Vergleich zu gewöhnlichen Systemen vom Kathoden- und Anoden-Umlauftyp auf eine gleichmäßige Temperatur gekühlt.
(ii) Wie eben unter (i) erwähnt, wird die Kühlung des Brennstoffzellenstapels durch die Reformierreaktion des Dampfes und des Rohmaterialgases für die Reformierung erreicht. Daher ist es nicht notwendig, die Kohlendioxidgaskonzentration des Kathodeneintrittgases zu verringern, um den Stapel zu kühlen. Folglich ist die Zellenspannung im Vergleich zum konventionellen System vom Kathoden-Umlauftyp erhöht. Im Ergebnis ist die Stromdichte vergrößert und der Brennstoffzellenstapel kann kompakter ausgebildet sein.
(iii) Der in der Kühlplatte angeordnete Reformierkatalysator ist vom Karbonat isoliert, so daß der Katalysator nicht vergiftet oder zerstört wird.
(iv) Wenn der Kathodenumlauf und der Anodenumlauf nicht durchgeführt werden, um den Endwirkungsgrad des Energiegewinnungssystems zu verbessern, wird der Energieverlust durch das Gebläse verringert, das sonst eine große Gasmenge zur Stapelkühlung umwälzen würde.
(v) Der Brennstoffzellenstapel mit indirekter interner Reformierung hat einen Nachteil, daß die Temperaturverteilung in vertikaler Richtung im Brennstoffzellenstapel einige Steigungen hat. Da andererseits bei der Erfindung die externe Reformiervorrichtung nahe an den Stapelkühlplatten vorgesehen ist und das Fließratenverhältnis dieser Vorrichtungen gesteuert wird, ist es möglich, den Temperaturunterschied in der vertikalen Richtung des Brennstoffzellenstapels mit indirekter interner Reformierung zu verringern.
(vi) Die Kühlplatten sind in dem Brennstoffzellenstapel eingefügt (eine Kühlplatte für mehrere Brennstoffzellen). Wenn eine oder einige der Brennstoffzellen schadhaft werden, wird daher ein Block oder eine Gruppe der Brennstoffzellen, der die schadhaften Brennstoffzellen enthält, vom System durch eine elektrische Umgehung unter Verwendung der diesen Block begrenzenden oder die schadhaften Zellen einschließenden Kühlplatten abgetrennt. Schadhaft werden, bedeutet beispielsweise, daß die Zellenspannung kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, wenn ein Nennstrom angelegt ist.
(vii) Eine Vielzahl von Brennstoffzellen sind übereinander gestapelt, wobei eine vorgegebene Anzahl von starren Kühlplatten in vorbestimmten Intervallen zwischen ihnen angeordnet sind. Damit ist es möglich, die Zellen vor Schaden zu bewahren.
(viii) die für den externen Reformer benötigte Wärme ist gering, da die Wärme aus der Reformierung an den Kühlplatten erhalten wird. Folglich kann der Brennstoffausnutzungsgrad des Brennstoffzellenstapels erhöht werden und der Anlagenwirkungsgrad kann verbessert werden.
Da das Verbrennungsabgas aus der Verbrennungssektion des externen Reformers unter Verwendung des Ejektors druckbeaufschlagt und mit der Luft (Antriebsfluid) bewegt wird, ist es ferner erfindungsgemäß möglich, die Druckdifferenz zwischen Anode und Kathode des Brennstoffzellenstapels zu steuern. Ein teurer Wärmetauscher ist nicht notwendig. Da die Luftfließrate des Ejektors den Wirkungsgrad der Energiegewinnungsanlage und die Zellenspannung nicht wesentlich beeinflußt, kann auch die Luftfließrate des Ejektors in einem weiten Bereich gesteuert werden. Ferner kann in einem Fall, wo das reformierte Gas von den Kühlplatten zum Eingang der Reformiersektion des externen Reformers geführt wird, das Reformierverhältnis der Kühlplatten unabhängig von der Brennstoffzellenstapelausgangstemperatur gewählt werden.

Claims

1. Energiegewinnungssystem mit Anwendung von Brennstoffzellen

mit einer Vielzahl von Karbonatschmelzbrennstoffzellen (C,S), wobei die Brennstoffzellen (C) übereinander unter Zwischenschaltung von Trennelementen (31) aufgestapelt sind, jede Brennstoffzelle (C) eine Kathodenelektrode (2), eine Anodenelektrode (3) und eine schichtweise von der Kathoden- und Anodenelektrode (2,3) umgebene, karbonatgetränkte Elektrolytplatte (1) hat, ein oxidierendes Gas der Kathode (2) zugeführt wird und ein Brennstoffgas der Anode (3) zugeführt wird,

mit Kühlplatten (33), die zwischen vorbestimmten Paaren von zwei aufeinanderfolgenden Brennstoffzellen (C) vorgesehen sind,

mit Durchgängen (34), die in jeder Kühlplatte (33) eingeformt sind, um Rohmaterialgas für Reformierung und für Stapelkühlung durch die Durchgänge (34) fließen zu lassen,

mit in den Durchgängen (34) angeordnetem Reformierkatalysator (61),

mit einem externen Reformer (37), der außerhalb des Brennstoffzellenstapels (S) vorgesehen ist, wobei der externe Reformer (37) eine Reformiersektion (38) und eine Verbrennungssektion (39) hat,

mit einer Stapelkühlungsgasleitung (45), die mit den Durchgängen (34) der Kühlplatten (33) verbunden ist, um das Rohmaterialgas für die Reformierung und Stapelkühlung in die Durchgänge (34) der Kühlplatten (33) einzuleiten,

mit einer ersten Leitung (63), die die Durchgänge (34) der Kühlplatten (33) mit der Reformiersektion (38) des externen Reformers (37) verbindet, um das Rohmaterialgas für die Reformierung und Stapelkühlung (CG) in die Reformiersektion (38) einzuleiten,

mit einer zweiten Leitung (50) für Prozeßgas, die mit der Reformiersektion (38) des externen Reformers (37) verbunden ist, um Rohmaterialgas für den Prozeß zur Reformiersektion (38) zuzuführen,

mit einer Anodengaszuführleitung (52), um der Anode reformiertes Gas, das die Durchgänge (34) der Kühlplatten (33) durchlaufend reformiert wurde, und reformiertes Gas, das durch die Reformiersektion (38) des externen Reformers (38) reformiert wurde, zuzuführen,

mit einer Anodenabgasleitung (53), um Anodenabgas der Verbrennungssektion (39) des externen Reformers (37) zuzuführen,

mit einer Kathodengaszuführleitung (55), um von der Verbrennungssektion (39) des externen Reformers (37) ausgestoßenes Abgas der Kathode (2) mit Luft (A) zuzuführen, und

mit einer Kathodenabgasleitung (56), um das Kathodenabgas auszustoßen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapelkühlungsgasleitung (45) eine Erdgaszuführleitung (CG,40) und eine Dampfzuführleitung (42) aufweist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitung (50) für das Prozeßgas eine Erdgaszuführleitung (PG,46) und eine Dampfzuführleitung (47) aufweist.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das System weiter einen Ejektor (62) aufweist und die Kathodengaszuführleitung (55) eine Luftzuführleitung (A,54) und eine Leitung (65) für von der Verbrennungssektion (39) ausgestoßenes Verbrennungsabgas aufweist, wobei die Verbrennungsabgasleitung (65) über den Ejektor (62) mit der Luftzuführleitung (A,54) verbunden ist.

5. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodengaszuführleitung (52) eine Leitung (64,63) aufweist, um der Anode (3) über die Reformiersektion (38) des externen Reformers (37) Gas, das die Durchgänge (34) der Kühlplatten (33) durchlaufend reformiert ist, direkt zuzuführen.

6. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodengaszuführleitung (52) eine Leitung (64,63) aufweist, um der Anode (3) über die Reformiersektion (38) des externen Reformers (37) einen Teil des Gases, das die Durchgänge (34) der Kühlplatten (33) durchlaufend reformiert ist, zuzuführen.

7. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodengaszuführleitung (52) eine Leitung (64,63) aufweist, um der Anode (3) über die Reformiersektion (38) des externen Reformers (37) das gesamte Gas, das die Durchgänge (34) der Kühlplatten (33) durchlaufend reformiert ist, zuzuführen.