JP2000058091A - 高温燃料電池を有するプラント - Google Patents
高温燃料電池を有するプラントInfo
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】 全プロセスに必要な水量を獲得し、全プロセ
スに利するように水を改質に供給できる高温燃料電池を
有するプラントを提供する。 【解決手段】 プラント（１）は平面状で、かつ点対称
なスタック（２）をなす高温燃料電池（２０）を有す
る。気体燃料（５０）用または液体燃料（５０）用の供
給点（５）が設けられている。供給点に続く改質器
（４）において、燃料は水の存在下及びプロセス熱が供
給される状態で少なくとも一部が一酸化炭素及び水素に
触媒変換される。アフターバーナーチャンバー（６）は
燃料電池（２０）の出力側に接続される。帰還ライン
（６１）は供給点とチャンバー（６）との間に配置さ
れ、この帰還ラインを経由して排気ガス（６０’，７
０’）が供給点に戻される。燃料が気体でない場合に
は、供給点は液体燃料で供給できる手段、例えば噴霧器
から構成される。
スに利するように水を改質に供給できる高温燃料電池を
有するプラントを提供する。 【解決手段】 プラント（１）は平面状で、かつ点対称
なスタック（２）をなす高温燃料電池（２０）を有す
る。気体燃料（５０）用または液体燃料（５０）用の供
給点（５）が設けられている。供給点に続く改質器
（４）において、燃料は水の存在下及びプロセス熱が供
給される状態で少なくとも一部が一酸化炭素及び水素に
触媒変換される。アフターバーナーチャンバー（６）は
燃料電池（２０）の出力側に接続される。帰還ライン
（６１）は供給点とチャンバー（６）との間に配置さ
れ、この帰還ラインを経由して排気ガス（６０’，７
０’）が供給点に戻される。燃料が気体でない場合に
は、供給点は液体燃料で供給できる手段、例えば噴霧器
から構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料の供給点
と、前記供給点に接続され、水の存在下及び熱が供給さ
れる状態において燃料が触媒変換されて少なくとも一部
が一酸化炭素及び水素に変換される改質器と、燃料電池
の出力側に接続されるアフターバーナーチャンバーとか
ら構成される高温燃料電池を有するプラント、及びこの
プラントを運転する方法に関するものである。
と、前記供給点に接続され、水の存在下及び熱が供給さ
れる状態において燃料が触媒変換されて少なくとも一部
が一酸化炭素及び水素に変換される改質器と、燃料電池
の出力側に接続されるアフターバーナーチャンバーとか
ら構成される高温燃料電池を有するプラント、及びこの
プラントを運転する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種のプラントは、欧州特許出願公開
ＥＰ−Ａ−０７８０９１７号において公知であるような
機器から構成される。この機器は燃料電池を有するセル
ブロックを具備し、燃料電池は断熱スリーブにより包囲
されている。アフターバーナーチャンバーはスリーブと
セルブロックとの間に配置されている。燃料ガス（また
は未改質ガスともいわれる）を処理するための改質器
は、スリーブの中に配置される。改質器は熱交換器に接
続され、吸熱の改質プロセスに必要な熱は熱交換器によ
り排気ガスから改質器へ供給される。
ＥＰ−Ａ−０７８０９１７号において公知であるような
機器から構成される。この機器は燃料電池を有するセル
ブロックを具備し、燃料電池は断熱スリーブにより包囲
されている。アフターバーナーチャンバーはスリーブと
セルブロックとの間に配置されている。燃料ガス（また
は未改質ガスともいわれる）を処理するための改質器
は、スリーブの中に配置される。改質器は熱交換器に接
続され、吸熱の改質プロセスに必要な熱は熱交換器によ
り排気ガスから改質器へ供給される。
【０００３】多くの場合に主としてメタンが含まれてい
る燃料ガスの改質において、燃料は水の存在下及びプロ
セス熱が供給されるときに少なくとも一部が一酸化炭素
及び水素に触媒変換される。気体燃料の代わりに液体燃
料が使用される場合は、別の問題が生じる可能性があ
る。即ち、液体燃料の場合は、適切な方法で改質器に供
給しなければならない。
る燃料ガスの改質において、燃料は水の存在下及びプロ
セス熱が供給されるときに少なくとも一部が一酸化炭素
及び水素に触媒変換される。気体燃料の代わりに液体燃
料が使用される場合は、別の問題が生じる可能性があ
る。即ち、液体燃料の場合は、適切な方法で改質器に供
給しなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、全プ
ロセスに必要な水量を獲得し、全プロセスに利するよう
に水を改質に供給できる高温燃料電池を有するプラント
を提供することにある。
ロセスに必要な水量を獲得し、全プロセスに利するよう
に水を改質に供給できる高温燃料電池を有するプラント
を提供することにある。
【０００５】また、本発明の更なる目的は、前記プラン
トを運転する方法を提供することにある。
トを運転する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を達成するため
の本発明のプラントは、以下の構成である。即ち、燃料
の供給点と、前記供給点に接続され、水の存在下及び熱
が供給される状態において燃料が触媒変換されて少なく
とも一部が一酸化炭素及び水素に変換される改質器と、
燃料電池の出力側に接続されるアフターバーナーチャン
バーとから構成される高温燃料電池を有するプラントに
おいて、帰還ラインが前記供給点と前記アフターバーナ
ーチャンバーとの間に配置され、前記帰還ラインを介し
て排気ガスが供給点に戻され、燃料が気体でない場合に
は前記供給点は液体燃料で供給できる手段、例えば噴霧
器から成る。
の本発明のプラントは、以下の構成である。即ち、燃料
の供給点と、前記供給点に接続され、水の存在下及び熱
が供給される状態において燃料が触媒変換されて少なく
とも一部が一酸化炭素及び水素に変換される改質器と、
燃料電池の出力側に接続されるアフターバーナーチャン
バーとから構成される高温燃料電池を有するプラントに
おいて、帰還ラインが前記供給点と前記アフターバーナ
ーチャンバーとの間に配置され、前記帰還ラインを介し
て排気ガスが供給点に戻され、燃料が気体でない場合に
は前記供給点は液体燃料で供給できる手段、例えば噴霧
器から成る。
【０００７】危険な燃料、特に液体燃料（炭化水素Ｃn
Ｈ2n+2（ｎは６以上の整数）を含む）の場合に生成され
る煤煙ができる限り防止される付加手段も具備すること
ができる。また、本発明の目的は、アフターバーナーチ
ャンバーから排出され、かなりの量が帰還される排気ガ
スによっても可能である。
Ｈ2n+2（ｎは６以上の整数）を含む）の場合に生成され
る煤煙ができる限り防止される付加手段も具備すること
ができる。また、本発明の目的は、アフターバーナーチ
ャンバーから排出され、かなりの量が帰還される排気ガ
スによっても可能である。
【０００８】また、前記プラントにおいて、熱交換器が
アフターバーナーチャンバーに接続して配置され、前記
熱交換器においてアフターバーナーチャンバーから排気
ガスと共に移送された剰余熱が熱輸送手段、特に水に転
送され、排気ガスが通過する帰還ラインの少なくとも一
部が前記熱交換器に接続される。
アフターバーナーチャンバーに接続して配置され、前記
熱交換器においてアフターバーナーチャンバーから排気
ガスと共に移送された剰余熱が熱輸送手段、特に水に転
送され、排気ガスが通過する帰還ラインの少なくとも一
部が前記熱交換器に接続される。
【０００９】また、前記プラントにおいて、吸入手段、
例えば換気扇が、前記熱交換器と燃料の供給点との間に
ある前記帰還ラインに具備されている。また、混合部材
が前記熱交換器と吸入手段との間に接続して配置され、
前記混合部材により高温の排気ガスが熱交換器から出る
排気ガスに混合される。
例えば換気扇が、前記熱交換器と燃料の供給点との間に
ある前記帰還ラインに具備されている。また、混合部材
が前記熱交換器と吸入手段との間に接続して配置され、
前記混合部材により高温の排気ガスが熱交換器から出る
排気ガスに混合される。
【００１０】さらに、付加バーナーがアフターバーナー
チャンバーと熱交換器との間に配置され、前記付加バー
ナーにおいてアフターバーナーチャンバーの排気ガスの
少なくとも一部及び燃料による燃焼が行われる。
チャンバーと熱交換器との間に配置され、前記付加バー
ナーにおいてアフターバーナーチャンバーの排気ガスの
少なくとも一部及び燃料による燃焼が行われる。
【００１１】さらに、燃料電池は中心に関して対称な形
状のスタックを形成し、前記スタックにおいて改質器で
処理された燃料がスタックの軸に沿って配置された中心
キャビティを経由して供給され、前記改質器が前記中心
キャビティに配置されることにより改質に必要なプロセ
ス熱が燃料電池から改質器への放射により転送される。
また、前記本発明のプラントにおいて、流通ガス及び排
気ガスを分配すると共に剰余熱を生成するプロセスを行
なうための前記高温燃料電池を有するプラントを運転す
る方法は、改質器に帰還され、水、二酸化炭素、酸素及
び窒素を含む排気ガスは、例えばＣnＨ2n+2（ｎ：整
数）のような炭化水素を含む燃料との反応を行ない、流
通プロセスの剰余熱の少なくとも一部が燃料電池におけ
るプロセス熱として使用され、前記反応は以下のような
吸熱反応（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び部分酸化反応、
即ち発熱反応（ｄ）である。 （ａ）ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （ｂ）ＣnＨ2n+2＋ｎＨ2Ｏ→ｎＣＯ＋（２ｎ＋１）Ｈ2 （ｃ）ＣＨ4＋ＣＯ2→２ＣＯ＋２Ｈ2 （ｄ）ＣnＨ2n+2＋ｎ／２Ｏ2→ｎＣＯ＋（ｎ＋１）Ｈ2 前記方法においては、排気ガスの最小量が改質プロセス
に戻され、炭化水素の全部ではなく１０％〜９０％程度
のみが変換される。
状のスタックを形成し、前記スタックにおいて改質器で
処理された燃料がスタックの軸に沿って配置された中心
キャビティを経由して供給され、前記改質器が前記中心
キャビティに配置されることにより改質に必要なプロセ
ス熱が燃料電池から改質器への放射により転送される。
また、前記本発明のプラントにおいて、流通ガス及び排
気ガスを分配すると共に剰余熱を生成するプロセスを行
なうための前記高温燃料電池を有するプラントを運転す
る方法は、改質器に帰還され、水、二酸化炭素、酸素及
び窒素を含む排気ガスは、例えばＣnＨ2n+2（ｎ：整
数）のような炭化水素を含む燃料との反応を行ない、流
通プロセスの剰余熱の少なくとも一部が燃料電池におけ
るプロセス熱として使用され、前記反応は以下のような
吸熱反応（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び部分酸化反応、
即ち発熱反応（ｄ）である。 （ａ）ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （ｂ）ＣnＨ2n+2＋ｎＨ2Ｏ→ｎＣＯ＋（２ｎ＋１）Ｈ2 （ｃ）ＣＨ4＋ＣＯ2→２ＣＯ＋２Ｈ2 （ｄ）ＣnＨ2n+2＋ｎ／２Ｏ2→ｎＣＯ＋（ｎ＋１）Ｈ2 前記方法においては、排気ガスの最小量が改質プロセス
に戻され、炭化水素の全部ではなく１０％〜９０％程度
のみが変換される。
【００１２】また、前記方法において、周辺空気が酸素
を放出して熱を吸収する媒体として流通プロセスへ送風
機により供給され、供給される酸素の量は、このプロセ
スの化学量論的な必要量に関して過剰な酸素が最大で３
００％となるように設定され、送り戻される排気ガスの
一部が周辺空気に混合される。
を放出して熱を吸収する媒体として流通プロセスへ送風
機により供給され、供給される酸素の量は、このプロセ
スの化学量論的な必要量に関して過剰な酸素が最大で３
００％となるように設定され、送り戻される排気ガスの
一部が周辺空気に混合される。
【００１３】さらに、前記方法において、さらに水が改
質に使用され、前記水の量は選択される燃料に適合して
いる。本発明のプラントは、平面的なデザインで中心に
関して対称な堆積状に配置された高温燃料電池を有す
る。供給点は気体燃料用または液体燃料用として具備さ
れる。供給点に続く改質器において、燃料は水の存在下
及びプロセス熱が供給される状態で少なくとも一部が一
酸化炭素及び水素に触媒変換される。アフターバーナー
チャンバーは燃料電池の出力側に接続される。帰還ライ
ンは供給点とアフターバーナーチャンバーとの間に配置
され、この帰還ラインを経由して排気ガスが供給点に戻
される。燃料が気体でない場合には、供給点は液体燃料
で供給できる手段、例えば噴霧器から構成される。
質に使用され、前記水の量は選択される燃料に適合して
いる。本発明のプラントは、平面的なデザインで中心に
関して対称な堆積状に配置された高温燃料電池を有す
る。供給点は気体燃料用または液体燃料用として具備さ
れる。供給点に続く改質器において、燃料は水の存在下
及びプロセス熱が供給される状態で少なくとも一部が一
酸化炭素及び水素に触媒変換される。アフターバーナー
チャンバーは燃料電池の出力側に接続される。帰還ライ
ンは供給点とアフターバーナーチャンバーとの間に配置
され、この帰還ラインを経由して排気ガスが供給点に戻
される。燃料が気体でない場合には、供給点は液体燃料
で供給できる手段、例えば噴霧器から構成される。
【００１４】酸素は送り戻される排気ガスと共に燃料に
供給される。これにより改質器において部分酸化が生
じ、部分酸化により炭化水素ＣnＨ2n+2から一酸化炭素
及び水素が生成する。部分酸化による発熱が改質におい
て吸収され、前記の吸収は平行して行われるが、このよ
うにして発熱が利用される。部分酸化により煤煙生成が
好適に抑制される。
供給される。これにより改質器において部分酸化が生
じ、部分酸化により炭化水素ＣnＨ2n+2から一酸化炭素
及び水素が生成する。部分酸化による発熱が改質におい
て吸収され、前記の吸収は平行して行われるが、このよ
うにして発熱が利用される。部分酸化により煤煙生成が
好適に抑制される。
【００１５】炭化水素が一酸化炭素及び水素に改質され
るときに、送り戻された排気ガスに付加的に含まれてい
た二酸化炭素も水素と同様に生成する。
るときに、送り戻された排気ガスに付加的に含まれてい
た二酸化炭素も水素と同様に生成する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明について、一実施例
を図面に従って詳述する。図１に示すプラント１は以下
の要素から構成される。平面状のリング形状の燃料電池
２０及び電気エネルギーＥを放出する電極２７，２８を
有するスタック２。周辺空気８０，８１が運転中に予熱
され、スタック２に均一に分散されて供給される内部構
造を備えたスリーブ３。スタック２とスリーブ３との間
に配置され、熱交換器７（熱暖気Ｑが水循環による熱運
搬手段７９へ転移される）を経由して排気ガス６０，７
０が送出されるアフターバーナーチャンバー６。高温の
排気ガス６０’が冷却された排気ガス７０’と共に導入
される混合部材６７、排気ガス用帰還ライン６１及び換
気扇６２。燃料５０（供給ライン５１）が帰還ライン６
１の送り戻された排気ガスと共に混合されるプラント部
分５。混合物は前記供給点５に続く改質により処理さ
れ、処理済み燃料５７は燃料電池２０に供給され、燃料
電池２０よりガス５８として流れる。
を図面に従って詳述する。図１に示すプラント１は以下
の要素から構成される。平面状のリング形状の燃料電池
２０及び電気エネルギーＥを放出する電極２７，２８を
有するスタック２。周辺空気８０，８１が運転中に予熱
され、スタック２に均一に分散されて供給される内部構
造を備えたスリーブ３。スタック２とスリーブ３との間
に配置され、熱交換器７（熱暖気Ｑが水循環による熱運
搬手段７９へ転移される）を経由して排気ガス６０，７
０が送出されるアフターバーナーチャンバー６。高温の
排気ガス６０’が冷却された排気ガス７０’と共に導入
される混合部材６７、排気ガス用帰還ライン６１及び換
気扇６２。燃料５０（供給ライン５１）が帰還ライン６
１の送り戻された排気ガスと共に混合されるプラント部
分５。混合物は前記供給点５に続く改質により処理さ
れ、処理済み燃料５７は燃料電池２０に供給され、燃料
電池２０よりガス５８として流れる。
【００１７】改質は吸熱プロセスである。改質器４（図
２参照）は、スタック２の中心キャビティ（２５）中に
スタック軸に沿って配置され、燃料電池２０により放出
される放射熱が改質器４により吸収されるように形成さ
れている。
２参照）は、スタック２の中心キャビティ（２５）中に
スタック軸に沿って配置され、燃料電池２０により放出
される放射熱が改質器４により吸収されるように形成さ
れている。
【００１８】図２においてさらに詳細を示す。高温燃料
電池２０は電気化学的に活性なプレート２１（２つの電
極及びこれら電極間に配置される固体電解液）、及び隣
接する燃料電池２０のプレート２１に電気的に伝導する
ように接続されるインターコネクタ２２から成る。イン
ターコネクタ２２は、供給ライン８１’を通じて供給さ
れる空気８２を加熱するための熱交換器として形成され
る。加熱された空気８３は迅速に、ガス５８と平行に外
部へと流れる。ガス５８のうち燃料電池２０において反
応しなかった部分は、空気８３と合流した後にアフター
バーナーチャンバー６において燃焼される。リング間隙
形状のアフターバーナーチャンバー６は、層３６により
内面側で封入されている空気透過性壁面３１により包囲
されている。空気８０は第二リング間隙形状のスペース
３８を経由して壁面３１上に分配され、壁面３１上で加
熱され、供給ライン８１’を通ってインターコネクタ２
２に供給される。壁面３１及び分配チャンバー３８を包
囲するスリーブは、真空でリング間隙形状のチャンバー
３９により外部に対して閉鎖されている。
電池２０は電気化学的に活性なプレート２１（２つの電
極及びこれら電極間に配置される固体電解液）、及び隣
接する燃料電池２０のプレート２１に電気的に伝導する
ように接続されるインターコネクタ２２から成る。イン
ターコネクタ２２は、供給ライン８１’を通じて供給さ
れる空気８２を加熱するための熱交換器として形成され
る。加熱された空気８３は迅速に、ガス５８と平行に外
部へと流れる。ガス５８のうち燃料電池２０において反
応しなかった部分は、空気８３と合流した後にアフター
バーナーチャンバー６において燃焼される。リング間隙
形状のアフターバーナーチャンバー６は、層３６により
内面側で封入されている空気透過性壁面３１により包囲
されている。空気８０は第二リング間隙形状のスペース
３８を経由して壁面３１上に分配され、壁面３１上で加
熱され、供給ライン８１’を通ってインターコネクタ２
２に供給される。壁面３１及び分配チャンバー３８を包
囲するスリーブは、真空でリング間隙形状のチャンバー
３９により外部に対して閉鎖されている。
【００１９】プラント１の運転中において、燃料電池２
０において生じるプロセスは流れを形成し、排気ガス及
び剰余熱を生成する。改質器４に送り戻される排気ガス
６０’，７０’は、水、二酸化炭素、酸素及び窒素を含
む。例えばＣnＨ2n+2（ｎは整数）のような炭化水素を
含む燃料５０の改質は、以下のような吸熱反応（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）から成る。 （ａ）ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （ｂ）ＣnＨ2n+2＋ｎＨ2Ｏ→ｎＣＯ＋（２ｎ＋１）Ｈ2 （ｃ）ＣＨ4＋ＣＯ2→２ＣＯ＋２Ｈ2 前記吸熱反応に平行して、部分酸化、即ち発熱反応
（ｄ）が始まる。 （ｄ）ＣnＨ2n+2＋ｎ／２Ｏ2→ｎＣＯ＋（ｎ＋１）Ｈ2 部分酸化において放熱された熱、及び燃料電池の流通プ
ロセスエネルギーの剰余熱は、改質のプロセス熱を供給
する。
０において生じるプロセスは流れを形成し、排気ガス及
び剰余熱を生成する。改質器４に送り戻される排気ガス
６０’，７０’は、水、二酸化炭素、酸素及び窒素を含
む。例えばＣnＨ2n+2（ｎは整数）のような炭化水素を
含む燃料５０の改質は、以下のような吸熱反応（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）から成る。 （ａ）ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （ｂ）ＣnＨ2n+2＋ｎＨ2Ｏ→ｎＣＯ＋（２ｎ＋１）Ｈ2 （ｃ）ＣＨ4＋ＣＯ2→２ＣＯ＋２Ｈ2 前記吸熱反応に平行して、部分酸化、即ち発熱反応
（ｄ）が始まる。 （ｄ）ＣnＨ2n+2＋ｎ／２Ｏ2→ｎＣＯ＋（ｎ＋１）Ｈ2 部分酸化において放熱された熱、及び燃料電池の流通プ
ロセスエネルギーの剰余熱は、改質のプロセス熱を供給
する。
【００２０】好適にも排気ガス６０’，７０’の最小量
のみが改質プロセスに戻される。燃料電池２０のガス電
極の材質が改質に適している場合には、炭化水素は完全
に変換される必要はなく、１０％〜９０％程度のみの部
分的変換でよい。
のみが改質プロセスに戻される。燃料電池２０のガス電
極の材質が改質に適している場合には、炭化水素は完全
に変換される必要はなく、１０％〜９０％程度のみの部
分的変換でよい。
【００２１】図３は戻された排気ガス７０’の一部が周
辺空気８０に混合されるプラント１を示す。送風機８に
より送入された周辺空気８０は、流通プロセスにおいて
酸素を放出して剰余熱を吸収する媒体として働く。送入
された周辺空気８０は過剰の酸素を生じる（このプロセ
スの化学量論的な必要量に比較して）。
辺空気８０に混合されるプラント１を示す。送風機８に
より送入された周辺空気８０は、流通プロセスにおいて
酸素を放出して剰余熱を吸収する媒体として働く。送入
された周辺空気８０は過剰の酸素を生じる（このプロセ
スの化学量論的な必要量に比較して）。
【００２２】ライン７１及びバルブ７２を通して混合さ
れた排気ガス７０’と共に燃料電池２０に流入する空気
５８中の酸素の割合は減少しているため、生成される排
気ガス６０に対して相応した酸素量の減少となる。送り
戻される排気ガス７０’と共に改質器に供給される酸素
が少なくなり、部分酸化による処理量が減少するために
プラント１の効率が改善されるため、前記のことは有益
である。第一実施例と同様に、高温の排気ガス６０’は
送り戻される排気ガス７０’にも混合される（図３に図
示されていない）。
れた排気ガス７０’と共に燃料電池２０に流入する空気
５８中の酸素の割合は減少しているため、生成される排
気ガス６０に対して相応した酸素量の減少となる。送り
戻される排気ガス７０’と共に改質器に供給される酸素
が少なくなり、部分酸化による処理量が減少するために
プラント１の効率が改善されるため、前記のことは有益
である。第一実施例と同様に、高温の排気ガス６０’は
送り戻される排気ガス７０’にも混合される（図３に図
示されていない）。
【００２３】熱交換器７は付加バーナー（図示せず）を
具備することができる。この種の付加バーナーはアフタ
ーバーナーチャンバー６に続いて配置され、増大する必
要熱量をカバーするために具備される。この付加バーナ
ーにおいて、剰余燃料及び酸素を含む排気ガス６０によ
りさらに燃焼が行われる。このようにさらに燃焼を行な
うために、排気ガス６０の一部のみを使用することも可
能である。
具備することができる。この種の付加バーナーはアフタ
ーバーナーチャンバー６に続いて配置され、増大する必
要熱量をカバーするために具備される。この付加バーナ
ーにおいて、剰余燃料及び酸素を含む排気ガス６０によ
りさらに燃焼が行われる。このようにさらに燃焼を行な
うために、排気ガス６０の一部のみを使用することも可
能である。
【００２４】図４は、ポンプ５２により液体燃料５０を
供給するための供給点５を示す。この燃料５０はノズル
装置５４において噴霧され、戻される排気ガス７０’
（または７０’及び６０’）と混合される。生成される
混合物、即ちエアゾール飛沫５６’はスタック２の中心
キャビティ２５に配置される改質器４に送入される（図
１及び図２参照）。管状の改質器４において、エアゾー
ル飛沫５６’は触媒を運搬するガス透過性構造４０によ
り処理される（改質及び／または部分酸化）。このガス
透過性構造４０は図５にその断面図を示すが、内部ゾー
ン４０ａ及び外部ゾーン４０ｂが同心状に配置された構
成である。外部ゾーン４０ｂは均一に形成され、内部ゾ
ーン４０ａよりも実質的に大きい半径方向の流量抵抗を
生じる。内部ゾーン４０ａは飛沫沈殿剤として形成され
る。この液体相の燃料５０は蒸発または化学反応の結果
として気体形態に変化する。外部ゾーン４０ｂにおいて
処理がさらに進行し、同時に処理されたガス５７’はよ
り密な外部ゾーン４０ｂを通過して各々の燃料電池２０
上に均一に分布される。
供給するための供給点５を示す。この燃料５０はノズル
装置５４において噴霧され、戻される排気ガス７０’
（または７０’及び６０’）と混合される。生成される
混合物、即ちエアゾール飛沫５６’はスタック２の中心
キャビティ２５に配置される改質器４に送入される（図
１及び図２参照）。管状の改質器４において、エアゾー
ル飛沫５６’は触媒を運搬するガス透過性構造４０によ
り処理される（改質及び／または部分酸化）。このガス
透過性構造４０は図５にその断面図を示すが、内部ゾー
ン４０ａ及び外部ゾーン４０ｂが同心状に配置された構
成である。外部ゾーン４０ｂは均一に形成され、内部ゾ
ーン４０ａよりも実質的に大きい半径方向の流量抵抗を
生じる。内部ゾーン４０ａは飛沫沈殿剤として形成され
る。この液体相の燃料５０は蒸発または化学反応の結果
として気体形態に変化する。外部ゾーン４０ｂにおいて
処理がさらに進行し、同時に処理されたガス５７’はよ
り密な外部ゾーン４０ｂを通過して各々の燃料電池２０
上に均一に分布される。
【００２５】改質及び／または部分酸化用の触媒として
は、例えば以下のような物質が考慮される。即ち、白
金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、及びニッケ
ル、またはこれらのうち２種以上の混合物が触媒として
使用できる。しかしながらニッケルは煤煙が形成される
ため、部分酸化には不適当である。
は、例えば以下のような物質が考慮される。即ち、白
金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、及びニッケ
ル、またはこれらのうち２種以上の混合物が触媒として
使用できる。しかしながらニッケルは煤煙が形成される
ため、部分酸化には不適当である。
【００２６】扱いにくい炭化水素（ガソリン、発火油、
なたね油）の場合は、炭素沈積、即ち煤煙形成の危険を
除去できるようにするために、さらに水吸入口が必要で
ある。この水吸入口により、改質と部分酸化との割合が
所望した通りに設定できる。前記の割合は燃料の種類に
より相違するため、この方法は各々の燃料に応じて理想
的に適合できる。僅かに煤煙が形成される燃料（ナチュ
ラルガス、バイオ−ガス、メタノール）では、水の供給
は不要である。
なたね油）の場合は、炭素沈積、即ち煤煙形成の危険を
除去できるようにするために、さらに水吸入口が必要で
ある。この水吸入口により、改質と部分酸化との割合が
所望した通りに設定できる。前記の割合は燃料の種類に
より相違するため、この方法は各々の燃料に応じて理想
的に適合できる。僅かに煤煙が形成される燃料（ナチュ
ラルガス、バイオ−ガス、メタノール）では、水の供給
は不要である。
【００２７】
【表１】 表１において、各々の炭化水素ＣnＨ2n+2（ｎは１，
４，１６，２０）について、改質プロセスでは水及び二
酸化炭素（正エンタルピー値）において吸熱されるエン
タルピー値（単位：ｋＪ／ｍｏｌ）が、及び部分酸化
（負エンタルピー値）において放熱されるエンタルピー
値が表中から選ばれる。
４，１６，２０）について、改質プロセスでは水及び二
酸化炭素（正エンタルピー値）において吸熱されるエン
タルピー値（単位：ｋＪ／ｍｏｌ）が、及び部分酸化
（負エンタルピー値）において放熱されるエンタルピー
値が表中から選ばれる。
【００２８】送り戻される排気ガス中の窒素は結果とし
て燃料ガスの希釈になる。このことは、プラントの電気
化学的性能に対して重大な悪影響はない。窒素は煤煙生
成を減少させるため、好適な効果をもたらす。
て燃料ガスの希釈になる。このことは、プラントの電気
化学的性能に対して重大な悪影響はない。窒素は煤煙生
成を減少させるため、好適な効果をもたらす。
【００２９】気体燃料に十分な圧力がある場合には、排
気ガスの帰還用に具備される換気扇６２（図３）は、噴
射器により置き換えることができる。前記したような燃
料と共に、排気ガスを吸入できる噴射器内において駆動
流が発生し、燃料と混合される改質器中に供給される。
気ガスの帰還用に具備される換気扇６２（図３）は、噴
射器により置き換えることができる。前記したような燃
料と共に、排気ガスを吸入できる噴射器内において駆動
流が発生し、燃料と混合される改質器中に供給される。
【００３０】本発明の実施例は、セルブロックの内側に
改質器が配置されたプラントに関して説明している。し
かしながら本発明のプラントは、改質器がセルブロック
の外側でスリーブ内に配置されたプラント（従来技術に
記載した欧州特許出願公開ＥＰ−Ａ−０７８０９１７号
のように）、または改質器が完全にスリーブの外側、例
えば図１のプラント部分５のようなプラントにも言及し
ている。
改質器が配置されたプラントに関して説明している。し
かしながら本発明のプラントは、改質器がセルブロック
の外側でスリーブ内に配置されたプラント（従来技術に
記載した欧州特許出願公開ＥＰ−Ａ−０７８０９１７号
のように）、または改質器が完全にスリーブの外側、例
えば図１のプラント部分５のようなプラントにも言及し
ている。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の高温燃料
電池を有するプラントは、全プロセスに必要な水が容易
に得られ、改質が効率的に行われるという優れた効果を
発揮する。
電池を有するプラントは、全プロセスに必要な水が容易
に得られ、改質が効率的に行われるという優れた効果を
発揮する。
【図１】本発明の高温燃料電池IIを有するプラントの回
路図。
路図。
【図２】燃料電池の断面図を含むプラントの一部断面
図。
図。
【図３】排気ガスが帰還される本発明のプラントの第二
実施例の概略図。
実施例の概略図。
【図４】液体燃料の供給点の断面図。
【図５】燃料電池用改質器の触媒キャリアとして使用さ
れるガス透過性構造の断面図。
れるガス透過性構造の断面図。
１…プラント、４，５４…改質器、５…供給点、６…ア
フターバーナーチャンバー、２０…燃料電池、５０…燃
料、６１…帰還ライン、６０，６０’，７０’…排気ガ
ス。
フターバーナーチャンバー、２０…燃料電池、５０…燃
料、６１…帰還ライン、６０，６０’，７０’…排気ガ
ス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/24 Ｈ０１Ｍ 8/24 Ｅ
Claims (10)
- 【請求項１】 燃料の供給点（５）と、前記供給点
（５）に接続され、水の存在下及び熱が供給される状態
において燃料が触媒変換されて少なくとも一部が一酸化
炭素及び水素に変換される改質器（４）と、燃料電池
（２０）の出力側に接続されるアフターバーナーチャン
バー（６）とから構成される高温燃料電池（２０）を有
するプラント（１）において、帰還ライン（６１）が前
記供給点（５）と前記アフターバーナーチャンバー
（６）との間に配置され、前記帰還ライン（６１）を介
して排気ガス（６０’，７０’）が供給点（５）に戻さ
れ、燃料が気体でない場合には前記供給点（５）は液体
燃料で供給できる手段、例えば噴霧器から成ることを特
徴とする高温燃料電池（２０）を有するプラント
（１）。 - 【請求項２】 請求項１において、熱交換器（７）がア
フターバーナーチャンバー（６）に接続して配置され、
前記熱交換器（７）においてアフターバーナーチャンバ
ーから排気ガス（６０）と共に移送された剰余熱（Ｑ）
が熱輸送手段（７９）、特に水に転送され、排気ガス
（６０’，７０’）が通過する帰還ライン（６１）の少
なくとも一部が前記熱交換器（７）に接続されることを
特徴とする高温燃料電池（２０）を有するプラント
（１）。 - 【請求項３】 請求項２において、吸入手段（６２）、
例えば換気扇が、前記熱交換器（７）と燃料の供給点
（５，５４）との間にある前記帰還ライン（６１）に具
備されていることを特徴とする高温燃料電池（２０）を
有するプラント（１）。 - 【請求項４】 請求項３において、混合部材（６７）が
前記熱交換器（７）と吸入手段（６２）との間に接続し
て配置され、前記混合部材（６７）により高温の排気ガ
ス（６０’）が熱交換器（７）から出る排気ガス（７
０’）に混合されることを特徴とする高温燃料電池（２
０）を有するプラント（１）。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項におい
て、付加バーナーがアフターバーナーチャンバー（６）
と熱交換器（７）との間に配置され、前記付加バーナー
においてアフターバーナーチャンバー（６）の排気ガス
（６０）の少なくとも一部及び燃料による燃焼が行われ
ることを特徴とする高温燃料電池（２０）を有するプラ
ント（１）。 - 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項におい
て、燃料電池（２０）は中心に関して対称な形状のスタ
ック（２）を形成し、前記スタック（２）において改質
器（４，５４）で処理された燃料（５７）がスタックの
軸に沿って配置された中心キャビティ（２５）を経由し
て供給され、前記改質器（４，５４）が前記中心キャビ
ティ（２５）に配置されることにより改質に必要なプロ
セス熱が燃料電池から改質器（４，５４）への放射によ
り転送されることを特徴とする高温燃料電池（２０）を
有するプラント（１）。 - 【請求項７】 改質器（４，５４）に帰還され、水、二
酸化炭素、酸素及び窒素を含む排気ガス（６０’，７
０’）は、例えばＣnＨ2n+2（ｎ：整数）のような炭化
水素を含む燃料（５０）との反応を行ない、流通プロセ
スの剰余熱の少なくとも一部が燃料電池（２０）におけ
るプロセス熱として使用され、前記反応は以下のような
吸熱反応（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び部分酸化反応、
即ち発熱反応（ｄ）であることを特徴とする、流通ガス
及び排気ガス（６０）を分配すると共に剰余熱を生成す
るプロセスを行なうための請求項１乃至６のいずれか１
項の高温燃料電池（２０）を有するプラント（１）を運
転する方法。 （ａ）ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （ｂ）ＣnＨ2n+2＋ｎＨ2Ｏ→ｎＣＯ＋（２ｎ＋１）Ｈ2 （ｃ）ＣＨ4＋ＣＯ2→２ＣＯ＋２Ｈ2 （ｄ）ＣnＨ2n+2＋ｎ／２Ｏ2→ｎＣＯ＋（ｎ＋１）Ｈ2 - 【請求項８】請求項７において、排気ガス（６０’，７
０’）の最小量が改質プロセスに戻され、炭化水素の全
部ではなく１０％〜９０％程度のみが変換されることを
特徴とする高温燃料電池（２０）を有するプラント
（１）を運転する方法。 - 【請求項９】 請求項７または８において、周辺空気
（８０）が酸素を放出して熱を吸収する媒体として流通
プロセスへ送風機（８）により供給され、供給される酸
素の量は、このプロセスの化学量論的な必要量に関して
過剰な酸素が最大で３００％となるように設定され、帰
還される排気ガス（６０’，７０’）の一部が周辺空気
（８０）に混合されることを特徴とする高温燃料電池
（２０）を有するプラント（１）を運転する方法。 - 【請求項１０】 請求項７乃至９のいずれか１項におい
て、さらに水が改質に使用され、前記水の量は選択され
る燃料（５０）に適合していることを特徴とする高温燃
料電池（２０）を有するプラント（１）を運転する方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP98810740 | 1998-07-31 | ||
| EP98810740-5 | 1998-07-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000058091A true JP2000058091A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=8236226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11145924A Pending JP2000058091A (ja) | 1998-07-31 | 1999-05-26 | 高温燃料電池を有するプラント |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6303243B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000058091A (ja) |
| KR (1) | KR20000011647A (ja) |
| CN (1) | CN1162930C (ja) |
| AU (1) | AU754820B2 (ja) |
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| ATE392020T1 (de) * | 2003-09-11 | 2008-04-15 | Sulzer Hexis Ag | Anlage mit integrierten brennstoffzellen und mit einem wärmetauscher |
| JP5021229B2 (ja) * | 2006-04-14 | 2012-09-05 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
| WO2011059417A1 (en) * | 2009-11-10 | 2011-05-19 | Utc Power Corporation | Pressurized premixing of gases in an injector |
| JP5847617B2 (ja) * | 2012-03-12 | 2016-01-27 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
| KR102336581B1 (ko) * | 2020-07-01 | 2021-12-07 | 연세대학교 산학협력단 | 열량 제어가 가능한 열 관리형 연료전지 핫박스 |
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