JP2000058096A - 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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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】 改質に必要な熱が容易に得られ、改質が効率
的に行われる高温燃料電池を有するプラントを提供す
る。 【解決手段】 平面視において中心に関して対称なスタ
ック（２）に形成された高温燃料電池（２０）を有す
る。気体または液体燃料（５０）の供給点（５）が具備
される。供給点（５）に接続される改質器（４）におい
て、水の存在下及びプロセス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。中心キャビティ（２５）がスタッ
ク軸に沿って配置され、改質器（４）で処理された燃料
が中心キャビティ（２５）を経由して燃料電池（２０）
に供給される。改質器（４）は中心キャビティ（２５）
に配置され、吸熱改質プロセスに必要な熱の少なくとも
一部が燃料電池（２０）から改質器（４）へ放射により
転送されるように形成されている。
的に行われる高温燃料電池を有するプラントを提供す
る。 【解決手段】 平面視において中心に関して対称なスタ
ック（２）に形成された高温燃料電池（２０）を有す
る。気体または液体燃料（５０）の供給点（５）が具備
される。供給点（５）に接続される改質器（４）におい
て、水の存在下及びプロセス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。中心キャビティ（２５）がスタッ
ク軸に沿って配置され、改質器（４）で処理された燃料
が中心キャビティ（２５）を経由して燃料電池（２０）
に供給される。改質器（４）は中心キャビティ（２５）
に配置され、吸熱改質プロセスに必要な熱の少なくとも
一部が燃料電池（２０）から改質器（４）へ放射により
転送されるように形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、平面視において
中心に関して対称なスタックに形成された高温燃料電池
を有し、気体または液体燃料の供給点と、前記供給点に
接続され、水の存在下及びプロセス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、スタック軸に沿っ
て配置され、改質器で処理された燃料が燃料電池に供給
される中心キャビティと、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。
中心に関して対称なスタックに形成された高温燃料電池
を有し、気体または液体燃料の供給点と、前記供給点に
接続され、水の存在下及びプロセス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、スタック軸に沿っ
て配置され、改質器で処理された燃料が燃料電池に供給
される中心キャビティと、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、前記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。前記改質器は熱交
換器に接続され、吸熱の改質プロセスに必要な熱は前記
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、前記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。前記改質器は熱交
換器に接続され、吸熱の改質プロセスに必要な熱は前記
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、燃料
の改質に必要なプロセス熱が全プロセスに利するように
獲得され、そのプロセス熱が改質に供給される高温燃料
電池を有するプラントを提供することである。
の改質に必要なプロセス熱が全プロセスに利するように
獲得され、そのプロセス熱が改質に供給される高温燃料
電池を有するプラントを提供することである。
【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である。
トを運転する方法を提供することである。
【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。本発明のプ
ラントは、平面視において中心に関して対称なスタック
に形成された高温燃料電池を有し、気体または液体燃料
の供給点と、前記供給点に接続され、水の存在下及びプ
ロセス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、スタック軸に沿って配置され、改質器で処理さ
れた燃料が燃料電池に供給される中心キャビティと、か
ら構成されるプラントにおいて、改質器が中心キャビテ
ィに配置され、前記改質器は、吸熱改質プロセスに必要
な熱の少なくとも一部が燃料電池から改質器へ放射によ
り転送されるように形成されている。
の本発明のプラントは、以下の構成である。本発明のプ
ラントは、平面視において中心に関して対称なスタック
に形成された高温燃料電池を有し、気体または液体燃料
の供給点と、前記供給点に接続され、水の存在下及びプ
ロセス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、スタック軸に沿って配置され、改質器で処理さ
れた燃料が燃料電池に供給される中心キャビティと、か
ら構成されるプラントにおいて、改質器が中心キャビテ
ィに配置され、前記改質器は、吸熱改質プロセスに必要
な熱の少なくとも一部が燃料電池から改質器へ放射によ
り転送されるように形成されている。
【０００７】前記プラントにおいて、改質器がスタック
のほぼ全長にわたって形成され、前記改質器はガス透過
性構造により管状の分配通路を包囲し、前記ガス透過性
構造は触媒、即ち改質を触媒的に活性化する物質を運搬
する内表面を備え、前記改質器は、分配通路に沿う流量
抵抗が半径方向のガス透過性構造を通過する流量抵抗よ
りもかなり小さくなるように形成され、半径方向の流量
抵抗は改質器の全長にわたってほぼ均一に形成されてい
る。
のほぼ全長にわたって形成され、前記改質器はガス透過
性構造により管状の分配通路を包囲し、前記ガス透過性
構造は触媒、即ち改質を触媒的に活性化する物質を運搬
する内表面を備え、前記改質器は、分配通路に沿う流量
抵抗が半径方向のガス透過性構造を通過する流量抵抗よ
りもかなり小さくなるように形成され、半径方向の流量
抵抗は改質器の全長にわたってほぼ均一に形成されてい
る。
【０００８】前記プラントにおいて、ガス透過性構造は
金属材料及び／またはセラミック材料で形成された多孔
性の管であり、この管は特に開口気孔状の気泡構造を有
する。
金属材料及び／またはセラミック材料で形成された多孔
性の管であり、この管は特に開口気孔状の気泡構造を有
する。
【０００９】前記プラントにおいて、改質器はスタック
要素で形成され、前記スタック要素は特に触媒キャリア
として形成される粒状物を包含する籠状容器である。前
記プラントにおいて、改質器がエアゾール飛沫として供
給される液体燃料用に形成され、ガス透過性構造は同心
状の外部ゾーン及び内部ゾーンから構成され、外部ゾー
ンは内部ゾーンよりも半径方向の流量抵抗が実質的に大
きく、内部ゾーンは飛沫沈殿剤として形成されている。
要素で形成され、前記スタック要素は特に触媒キャリア
として形成される粒状物を包含する籠状容器である。前
記プラントにおいて、改質器がエアゾール飛沫として供
給される液体燃料用に形成され、ガス透過性構造は同心
状の外部ゾーン及び内部ゾーンから構成され、外部ゾー
ンは内部ゾーンよりも半径方向の流量抵抗が実質的に大
きく、内部ゾーンは飛沫沈殿剤として形成されている。
【００１０】前記プラントにおいて、改質器は垂直状の
管の束から構成され、中心キャビティの体積は前記管の
合計体積よりも実質的に大きく形成され、処理されたガ
スが燃料電池上に実質的に均一に分配される。
管の束から構成され、中心キャビティの体積は前記管の
合計体積よりも実質的に大きく形成され、処理されたガ
スが燃料電池上に実質的に均一に分配される。
【００１１】前記プラントにおいて、アフターバーナー
チャンバーが燃料電池の出力側に接続して配置され、フ
ィードバックラインが燃料の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、前記フィードバックライ
ンを経由して排気ガスが供給点にフィードバックされ
る。
チャンバーが燃料電池の出力側に接続して配置され、フ
ィードバックラインが燃料の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、前記フィードバックライ
ンを経由して排気ガスが供給点にフィードバックされ
る。
【００１２】前記プラントにおいて、改質器が改質の一
部としてのみ形成され、燃料電池のガス側電極が触媒的
に活性な物質により形成され、前記物質により改質が行
われる。
部としてのみ形成され、燃料電池のガス側電極が触媒的
に活性な物質により形成され、前記物質により改質が行
われる。
【００１３】前記プラントにおいて、触媒は白金、パラ
ジウム、ルテニウム、ロジウム、及びニッケルのいずれ
か１種類、または２種類以上の混合物である。また、本
発明のプラントを運転する方法は、燃料の処理におい
て、燃料電池により放出される放射熱が吸収される間
に、燃料の少なくとも一部が改質され、処理された燃料
は改質用の触媒キャリアとして働くガス透過性構造によ
り各々の燃料電池上に十分に均一に分配される。
ジウム、ルテニウム、ロジウム、及びニッケルのいずれ
か１種類、または２種類以上の混合物である。また、本
発明のプラントを運転する方法は、燃料の処理におい
て、燃料電池により放出される放射熱が吸収される間
に、燃料の少なくとも一部が改質され、処理された燃料
は改質用の触媒キャリアとして働くガス透過性構造によ
り各々の燃料電池上に十分に均一に分配される。
【００１４】本発明のプラントの改質器は、一体化され
た改質器として次のように形成される。公知のプラント
において改質器はセルブロックの外側に分離して配置さ
れ、排気ガスで加熱されるのに対して、本発明のプラン
トにおいては前記分離した改質器が一体化され、放射熱
で加熱される改質器に置換えられる。改質反応に必要な
熱は燃料電池スタックから直接放射により供給される。
このことは以下のことを意味する。即ち、公知のプラン
トにおいては最も高温を有する位置において、燃料電池
が冷却される。燃料電池スタックにおける熱吸収装置に
より、スタックの調整に必要な冷却空気量が減少され
る。この空気量の減少により、電気的効率（送風力の低
下）及び全体的効率（排気ガス喪失の低下）が増大す
る。排気ガス温度が増加するため、剰余熱の利用に使用
される熱交換器の大きさも小さくすることができる。
た改質器として次のように形成される。公知のプラント
において改質器はセルブロックの外側に分離して配置さ
れ、排気ガスで加熱されるのに対して、本発明のプラン
トにおいては前記分離した改質器が一体化され、放射熱
で加熱される改質器に置換えられる。改質反応に必要な
熱は燃料電池スタックから直接放射により供給される。
このことは以下のことを意味する。即ち、公知のプラン
トにおいては最も高温を有する位置において、燃料電池
が冷却される。燃料電池スタックにおける熱吸収装置に
より、スタックの調整に必要な冷却空気量が減少され
る。この空気量の減少により、電気的効率（送風力の低
下）及び全体的効率（排気ガス喪失の低下）が増大す
る。排気ガス温度が増加するため、剰余熱の利用に使用
される熱交換器の大きさも小さくすることができる。
【００１５】放射による熱転送は絶対温度の４乗に比例
して大きくなり、その温度が高いため（約１１５０−１
２００Ｋ）、熱流量密度は低温度差においてさえも高く
なる。
して大きくなり、その温度が高いため（約１１５０−１
２００Ｋ）、熱流量密度は低温度差においてさえも高く
なる。
【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。即ち、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と；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（図示せず）を備えたスリーブ３と；スタッ
ク２とスリーブ３との間に配置され、排気ガス６０，７
０が熱交換器７（熱暖気Ｑが水循環による熱運搬手段７
９へ転移される）を経由して送出されるアフターバーナ
ーチャンバー６と；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
ス用フィードバックライン６１、及び換気扇６２と；燃
料５０（供給ライン５１）がフィードバックライン６１
のフィードバックされた排気ガスと共に混合されるプラ
ント部分５と；で構成される。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。即ち、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と；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（図示せず）を備えたスリーブ３と；スタッ
ク２とスリーブ３との間に配置され、排気ガス６０，７
０が熱交換器７（熱暖気Ｑが水循環による熱運搬手段７
９へ転移される）を経由して送出されるアフターバーナ
ーチャンバー６と；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
ス用フィードバックライン６１、及び換気扇６２と；燃
料５０（供給ライン５１）がフィードバックライン６１
のフィードバックされた排気ガスと共に混合されるプラ
ント部分５と；で構成される。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。本発明の一体
化された改質器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。
化された改質器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。
【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において加熱さ
れ、供給ライン８１’を通ってインターコネクタ２２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において加熱さ
れ、供給ライン８１’を通ってインターコネクタ２２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にフィードバックされる
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にフィードバックされる
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】図３はフィードバックされた排気ガス７
０’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の量は過剰の酸素を
生じる（このプロセスの化学量論的な必要量に比較し
て）。
０’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の量は過剰の酸素を
生じる（このプロセスの化学量論的な必要量に比較し
て）。
【００２１】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、フィードバックされる排気
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内で処理される（改質及び／または部分酸化に
より）。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。ここにおいて、燃料５０の液体相
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
時にそれぞれの燃料電池２０上に処理されたガス５７’
がより密な外部ゾーン４０ｂを通過して均一に分布され
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、フィードバックされる排気
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内で処理される（改質及び／または部分酸化に
より）。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。ここにおいて、燃料５０の液体相
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
時にそれぞれの燃料電池２０上に処理されたガス５７’
がより密な外部ゾーン４０ｂを通過して均一に分布され
る。
【００２２】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。
【００２３】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（図３の
符号９０参照）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。煤煙形成が少
ない燃料（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（図３の
符号９０参照）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。煤煙形成が少
ない燃料（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。
【００２４】図２及び図４の一体化された改質器４は、
スタック２のほぼ全長にわたって配置されている。改質
器４はガス透過性構造４０で管状分配通路を包囲してい
る。このガス透過性構造４０は、触媒、即ち改質を触媒
的に活性化する物質を運搬する内表面を有する。改質器
４は以下のように形成されている。即ち、分配通路に沿
う流量抵抗が半径方向にガス透過性構造４０を通過する
流量抵抗よりも実質的に小さく、半径方向の流量抵抗は
改質器の全長にわたってほぼ均一に形成される。処理さ
れた気体燃料５７は、このガス透過性構造４０により全
ての燃料電池２０上に均一に分配される。
スタック２のほぼ全長にわたって配置されている。改質
器４はガス透過性構造４０で管状分配通路を包囲してい
る。このガス透過性構造４０は、触媒、即ち改質を触媒
的に活性化する物質を運搬する内表面を有する。改質器
４は以下のように形成されている。即ち、分配通路に沿
う流量抵抗が半径方向にガス透過性構造４０を通過する
流量抵抗よりも実質的に小さく、半径方向の流量抵抗は
改質器の全長にわたってほぼ均一に形成される。処理さ
れた気体燃料５７は、このガス透過性構造４０により全
ての燃料電池２０上に均一に分配される。
【００２５】多孔性の管を形成するガス透過性構造４０
は、金属材料及び／またはセラミック材料で製造され
る。この管は例えば、図５における内部ゾーン４０ａの
ような開口気孔状の気泡構造を有する。
は、金属材料及び／またはセラミック材料で製造され
る。この管は例えば、図５における内部ゾーン４０ａの
ような開口気孔状の気泡構造を有する。
【００２６】一体化された改質器４は、図６及び図７に
示すように垂直状の管の束として組立てられる。図６は
管束の側面図を示し、図７は断面図を示す。中心キャビ
ティ２５の側面の境界線は鎖線２５’により図示されて
いる。本発明のプラントの運転中、供給された気体燃料
５０は毛髪針のような形状の管４１において予熱され
る。その後、予熱されたガスは容器４２を経由して複数
の管４３内に分配される。これら管４３において、触媒
的な変換プロセスが行われる。前記プロセスを行なうた
めに十分に大きい表面積が利用できるように、管４３は
図８に示すように「画分的な」内表面４３ｉが形成され
ている。この内表面４３ｉは触媒を運搬する薄め塗膜で
塗布されている。
示すように垂直状の管の束として組立てられる。図６は
管束の側面図を示し、図７は断面図を示す。中心キャビ
ティ２５の側面の境界線は鎖線２５’により図示されて
いる。本発明のプラントの運転中、供給された気体燃料
５０は毛髪針のような形状の管４１において予熱され
る。その後、予熱されたガスは容器４２を経由して複数
の管４３内に分配される。これら管４３において、触媒
的な変換プロセスが行われる。前記プロセスを行なうた
めに十分に大きい表面積が利用できるように、管４３は
図８に示すように「画分的な」内表面４３ｉが形成され
ている。この内表面４３ｉは触媒を運搬する薄め塗膜で
塗布されている。
【００２７】管４３は中心キャビティ２５中の上端部に
おいて開口している。改質器４で処理されたガス５７は
前記中心キャビティ２５を経由して燃料電池２０へ分配
される。中心キャビティ２５の体積は管４１，４３の合
計体積よりも実質的に大きく形成されるべきであり、こ
れにより処理済み燃料５７が燃料電池２０上に十分に均
一に分配される。
おいて開口している。改質器４で処理されたガス５７は
前記中心キャビティ２５を経由して燃料電池２０へ分配
される。中心キャビティ２５の体積は管４１，４３の合
計体積よりも実質的に大きく形成されるべきであり、こ
れにより処理済み燃料５７が燃料電池２０上に十分に均
一に分配される。
【００２８】図９、図１０に示すように、一体化された
改質器４はスタック要素４４から形成されている。この
スタック要素４４は特に、触媒キャリアとして形成され
る粒状物４９を包含する籠状の容器に形成されている。
籠状容器４４は中心に穴４４１が形成された基底部４４
０を有する。粒状物４９は垂直の柱状部４４１，４４２
により内面側及び外面側で保持されている。粒状物４９
は籠状容器４４における高さ４９’の位置まで注入され
る。
改質器４はスタック要素４４から形成されている。この
スタック要素４４は特に、触媒キャリアとして形成され
る粒状物４９を包含する籠状の容器に形成されている。
籠状容器４４は中心に穴４４１が形成された基底部４４
０を有する。粒状物４９は垂直の柱状部４４１，４４２
により内面側及び外面側で保持されている。粒状物４９
は籠状容器４４における高さ４９’の位置まで注入され
る。
【００２９】燃料電池のガス側電極が触媒的に活性な物
質で形成され、その物質により改質が行われる場合に
は、改質器４は改質の一部としてのみの形成で十分であ
る。自由に選択できるパラメーターは非常に多い。例え
ば、触媒キャリアに用いる物質の種類、触媒的に活性な
塗膜の種類、キャリアの多孔性、形状寸法（多孔性の管
の外径及び内径、中心キャビティの直径との関係）。こ
れにより、異なる燃料及び駆動特性について広い適用範
囲が可能となる。形状寸法の選択により、転送される熱
量は非常に広い範囲内に設定できる。
質で形成され、その物質により改質が行われる場合に
は、改質器４は改質の一部としてのみの形成で十分であ
る。自由に選択できるパラメーターは非常に多い。例え
ば、触媒キャリアに用いる物質の種類、触媒的に活性な
塗膜の種類、キャリアの多孔性、形状寸法（多孔性の管
の外径及び内径、中心キャビティの直径との関係）。こ
れにより、異なる燃料及び駆動特性について広い適用範
囲が可能となる。形状寸法の選択により、転送される熱
量は非常に広い範囲内に設定できる。
【００３０】本発明の実施例は、排気ガスが改質器にフ
ィードバックされる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、排気ガスがフィードバ
ックされないプラント（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）にも言及
している。
ィードバックされる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、排気ガスがフィードバ
ックされないプラント（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）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、プロセス熱が容易に得られ、
改質が効率的に行われる。
電池を有するプラントは、プロセス熱が容易に得られ、
改質が効率的に行われる。
【図１】本発明の高温燃料電池を有するプラントの概略
線図。
線図。
【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】排気ガスがフィードバックされる本発明のプラ
ントの第二実施例の概略図。
ントの第二実施例の概略図。
【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。
【図６】一体化された改質器の第二実施例の側面図。
【図７】図６の改質器の平断面図。
【図８】図７の管４３の平断面図。
【図９】一体化された改質器のスタック要素の側断面
図。
図。
【図１０】図９の一部平断面図。
１…プラント、２…スタック、４…改質器、５…供給
点、２０…燃料電池、２５…中心キャビティ、４０…ガ
ス透過性構造、５０…燃料。
点、２０…燃料電池、２５…中心キャビティ、４０…ガ
ス透過性構造、５０…燃料。
Claims (10)
- 【請求項１】 平面視において中心に関して対称なスタ
ック（２）に形成された高温燃料電池（２０）を有し、
気体または液体燃料（５０）の供給点（５）と、前記供
給点（５）に接続され、水の存在下及びプロセス熱が供
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、スタック軸に沿って配置され、改質器（４）で処理
された燃料が燃料電池（２０）に供給される中心キャビ
ティ（２５）と、から構成されるプラント（１）におい
て、改質器（４）が中心キャビティ（２５）に配置さ
れ、前記改質器（４）は、吸熱改質プロセスに必要な熱
の少なくとも一部が燃料電池（２０）から改質器（４）
へ放射により転送されるように形成されていることを特
徴とするプラント（１）。 - 【請求項２】 請求項１において、改質器（４）がスタ
ック（２）のほぼ全長にわたって形成され、前記改質器
（４）はガス透過性構造（４０）により管状の分配通路
を包囲し、前記ガス透過性構造（４０）は触媒、即ち改
質を触媒的に活性化する物質を運搬する内表面を備え、
前記改質器（４）は、分配通路に沿う流量抵抗が半径方
向のガス透過性構造（４０）を通過する流量抵抗よりも
かなり小さくなるように形成され、半径方向の流量抵抗
は改質器（４）の全長にわたってほぼ均一に形成されて
いることを特徴とするプラント（１）。 - 【請求項３】 請求項２において、ガス透過性構造（４
０）は金属材料及び／またはセラミック材料で形成され
た多孔性の管であり、この管は特に開口気孔状の気泡構
造（４０ａ）を有することを特徴とするプラント
（１）。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項におい
て、改質器（４）はスタック要素（４４）で形成され、
前記スタック要素（４４）は特に触媒キャリアとして形
成される粒状物（４９）を包含する籠状容器であること
を特徴とするプラント（１）。 - 【請求項５】 請求項２または３において、改質器
（４）がエアゾール飛沫（５６’）として供給される液
体燃料（５０）用に形成され、ガス透過性構造（４０）
は同心状の外部ゾーン（４０ｂ）及び内部ゾーン（４０
ａ）から構成され、外部ゾーン（４０ｂ）は内部ゾーン
（４０ａ）よりも半径方向の流量抵抗が実質的に大き
く、内部ゾーン（４０ａ）は飛沫沈殿剤として形成され
ていることを特徴とするプラント（１）。 - 【請求項６】 請求項１において、改質器（４）は垂直
状の管（４１，４３）の束から構成され、中心キャビテ
ィ（２５）の体積は前記管（４１，４３）の合計体積よ
りも実質的に大きく形成され、処理されたガス（５７）
が燃料電池（２０）上に実質的に均一に分配されること
を特徴とするプラント（１）。 - 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１項におい
て、アフターバーナーチャンバー（６）が燃料電池（２
０）の出力側に接続して配置され、フィードバックライ
ン（６１）が燃料（５０）の供給点（５）とアフターバ
ーナーチャンバー（６）との間に配置され、前記フィー
ドバックライン（６１）を経由して排気ガス（６０’，
７０’）が供給点（５）にフィードバックされることを
特徴とするプラント（１）。 - 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか１項におい
て、改質器（４）が改質の一部としてのみ形成され、燃
料電池（２０）のガス側電極が触媒的に活性な物質によ
り形成され、前記物質により改質が行われることを特徴
とするプラント（１）。 - 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれか１項におい
て、触媒は白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、
及びニッケルのいずれか１種類、または２種類以上の混
合物であることを特徴とするプラント（１）。 - 【請求項１０】 燃料（５０）の処理において、燃料電
池により放出される放射熱が吸収される間に、燃料の少
なくとも一部が改質され、処理された燃料は改質用の触
媒キャリアとして働くガス透過性構造（４０）により各
々の燃料電池上に十分に均一に分配されることを特徴と
する請求項１乃至９のいずれか１項のプラント（１）を
運転する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP98810739 | 1998-07-31 | ||
| EP98810739-7 | 1998-07-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000058096A true JP2000058096A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=8236225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11145496A Pending JP2000058096A (ja) | 1998-07-31 | 1999-05-25 | 高温燃料電池を有するプラント |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6274260B1 (ja) |
| EP (1) | EP0977294B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000058096A (ja) |
| KR (1) | KR20000011646A (ja) |
| CN (1) | CN1147017C (ja) |
| AT (1) | ATE254340T1 (ja) |
| AU (1) | AU751579B2 (ja) |
| DE (1) | DE59907690D1 (ja) |
| DK (1) | DK0977294T3 (ja) |
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| DE10013477A1 (de) * | 2000-03-18 | 2001-10-18 | Volkswagen Ag | Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zu dessen Betriebsdynamikverbesserung |
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