JP2001143731A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に関するものである。[0001] The present invention relates to a fuel cell system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、燃料電池は、負極に送り込む水
素を燃料とし、正極に送り込む酸素を酸化剤とし、これ
らを電解質を通じて反応させる発電器として知られてい
る。この燃料電池に使用する水素は炭化水素又はメタノ
ールを改質することによって生成することができる。2. Description of the Related Art In general, a fuel cell is known as a power generator in which hydrogen supplied to a negative electrode is used as fuel, oxygen supplied to a positive electrode is used as an oxidant, and these are reacted through an electrolyte. Hydrogen used in this fuel cell can be produced by reforming hydrocarbon or methanol.
【０００３】従来、燃料電池システムは、特開平１０−
３０８２３０号公報に開示されているものがある。この
燃料電池システムは、触媒の存在下、炭化水素を部分酸
化反応によって水素に改質する燃料改質器と、この改質
の際に生成するＣＯを水性ガスシフト反応によって酸化
させるＣＯ変成器と、さらに残存するＣＯを選択酸化さ
せる選択酸化器とを備えている。Conventionally, a fuel cell system has been disclosed in
There is one disclosed in Japanese Patent No. 308230. The fuel cell system includes a fuel reformer that reforms hydrocarbons into hydrogen by a partial oxidation reaction in the presence of a catalyst, a CO converter that oxidizes CO generated during the reforming by a water gas shift reaction, And a selective oxidizer for selectively oxidizing the remaining CO.
【０００４】上記燃料改質器には、部分酸化反応に対し
て活性を呈する触媒の他に、炭化水素の水蒸気改質反応
に対して活性を呈する触媒が充填されている。そして、
上記燃料改質器において、炭化水素、酸素及び水蒸気を
供給し、炭化水素の部分酸化反応と水蒸気改質反応とに
よって水素を生成している。[0004] The fuel reformer is filled with a catalyst exhibiting activity for a partial oxidation reaction and a catalyst exhibiting activity for a hydrocarbon steam reforming reaction. And
In the fuel reformer, hydrocarbons, oxygen and steam are supplied, and hydrogen is generated by a hydrocarbon partial oxidation reaction and a steam reforming reaction.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、炭化
水素を部分酸化反応によって水素に改質するに当たり、
触媒の存在下で炭化水素に酸素及び水蒸気を作用させる
ことが知られている。しかしながら、その水蒸気は、吸
熱反応である水蒸気改質反応を得るために添加され、又
は温度調節等のために添加されている。したがって、従
来の燃料電池システムでは、改質反応を維持するために
燃料改質器に伝熱面積の大きな外部加熱手段を設ける必
要があった。As described above, when a hydrocarbon is reformed into hydrogen by a partial oxidation reaction,
It is known to cause oxygen and water vapor to act on hydrocarbons in the presence of a catalyst. However, the steam is added to obtain a steam reforming reaction which is an endothermic reaction, or is added for temperature control or the like. Therefore, in the conventional fuel cell system, it is necessary to provide the fuel reformer with external heating means having a large heat transfer area in order to maintain the reforming reaction.
【０００６】一方、上記ＣＯ変成器における水性ガスシ
フト反応は発熱反応である。しかしながら、従来、この
発熱を有効利用することは何ら考慮されていないという
問題があった。On the other hand, the water gas shift reaction in the CO converter is an exothermic reaction. However, conventionally, there has been a problem that the effective use of the heat is not considered at all.
【０００７】本発明は、斯かる点に鑑みて成されたもの
で、燃料改質反応を維持するための外部加熱量を低減又
は零にすると共に、発熱反応により生ずる熱を有効利用
することを目的とするものである。[0007] The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to reduce or eliminate the amount of external heating for maintaining a fuel reforming reaction and to effectively use heat generated by an exothermic reaction. It is the purpose.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】〈発明の概要〉本発明
は、部分酸化反応によって原燃料から水素を生成すると
共に、変成手段の改質ガスから熱回収するようにしたも
のである。<Summary of the Invention> In the present invention, hydrogen is produced from raw fuel by a partial oxidation reaction, and heat is recovered from reformed gas of a shift means.
【０００９】〈解決手段〉具体的に、図２に示すよう
に、第１の発明は、炭化水素系の原燃料から部分酸化反
応によって水素を生成するための燃料改質器（５）と、
該燃料改質器（５）で改質された改質ガスをＣＯ変成す
るための変成手段（６０）と、上記変成手段（６０）で
ＣＯ変成された改質ガスの水素を燃料として発電する燃
料電池（１）とを備えている。そして、上記燃料電池
（１）から排出される排ガスと変成手段（６０）の改質
ガスとを熱交換させて熱回収する熱回収手段（６５）が
設けられている。<Solution> Specifically, as shown in FIG. 2, the first invention comprises a fuel reformer (5) for producing hydrogen from a hydrocarbon-based raw fuel by a partial oxidation reaction,
A shifter (60) for converting the reformed gas reformed by the fuel reformer (5) into CO, and generating electricity using hydrogen of the reformed gas CO-shifted by the shifter (60) as a fuel. And a fuel cell (1). Further, a heat recovery means (65) for recovering heat by exchanging heat between the exhaust gas discharged from the fuel cell (1) and the reformed gas of the shift means (60) is provided.
【００１０】また、第２の発明は、第１の発明におい
て、排ガスは、燃料電池（１）のアノード排ガスとカソ
ード排ガスとが混合されたものである。In a second aspect based on the first aspect, the exhaust gas is a mixture of an anode exhaust gas and a cathode exhaust gas of the fuel cell (1).
【００１１】また、第３の発明は、第１の発明におい
て、熱回収手段（６５）が変成手段（60）に一体に設け
られている。In a third aspect based on the first aspect, the heat recovery means (65) is provided integrally with the shift means (60).
【００１２】また、第４の発明は、第１の発明におい
て、変成手段（６０）は、反応温度が異なる複数の変成
器（７，８）で構成されている。In a fourth aspect based on the first aspect, the shift means (60) comprises a plurality of shifters (7, 8) having different reaction temperatures.
【００１３】また、第５の発明は、第１の発明におい
て、変成手段（６０）の反応温度が、熱回収手段（６
５）に供給される排ガスの流量によって調節される。According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect, the reaction temperature of the shift means (60) is changed to the heat recovery means (6
It is adjusted by the flow rate of the exhaust gas supplied to 5).
【００１４】また、第６の発明は、第１の発明におい
て、燃料改質器（５）の入口側に、該燃料改質器（５）
に供給される燃料ガスを燃料電池（１）の排ガスによっ
て加熱する燃焼器（１９）が設けられている。According to a sixth aspect, in the first aspect, the fuel reformer (5) is provided at an inlet side of the fuel reformer (5).
A combustor (19) for heating the fuel gas supplied to the fuel cell by the exhaust gas of the fuel cell (1) is provided.
【００１５】また、第７の発明は、第６の発明におい
て、燃焼器（１９）の燃焼温度が、燃料電池（１）の燃
料利用率によって制御される。In a seventh aspect based on the sixth aspect, the combustion temperature of the combustor (19) is controlled by the fuel utilization of the fuel cell (1).
【００１６】また、第８の発明は、第６の発明におい
て、燃焼器（１９）の燃焼温度が、該燃焼器（１９）に
供給される排ガスの流量によって調節される。According to an eighth aspect based on the sixth aspect, the combustion temperature of the combustor (19) is adjusted by the flow rate of exhaust gas supplied to the combustor (19).
【００１７】また、第９の発明は、第１の発明におい
て、燃料改質器（５）の入口側に、該燃料改質器（５）
に供給される燃料ガスを都市ガスによって加熱する燃焼
器（１９）が設けられている。According to a ninth aspect, in the first aspect, the fuel reformer (5) is provided at an inlet side of the fuel reformer (5).
There is provided a combustor (19) for heating the fuel gas supplied to the fuel cell with city gas.
【００１８】また、第１０の発明は、第１の発明におい
て、燃料改質器（５）に供給される燃料ガスを起動時に
加熱する加熱手段（２６）が設けられている。[0018] In a tenth aspect based on the first aspect, a heating means (26) for heating the fuel gas supplied to the fuel reformer (5) at startup is provided.
【００１９】また、第１１の発明は、第１０の発明にお
いて、加熱手段（２６）が、運転中の燃料改質器（５）
の燃料ガスの入口温度を制御する。According to an eleventh aspect based on the tenth aspect, the heating means (26) comprises a fuel reformer (5) in operation.
Control the fuel gas inlet temperature.
【００２０】また、第１２の発明は、第１の発明におい
て、燃料改質器（５）に供給される燃料ガスは、都市ガ
スに空気及び水を加えたものである。According to a twelfth aspect, in the first aspect, the fuel gas supplied to the fuel reformer (5) is obtained by adding air and water to city gas.
【００２１】また、第１３の発明は、第１の発明におい
て、燃料改質器（５）と変成手段（６０）との間に、改
質ガスに水を供給して該改質ガスを冷却する水供給手段
（９０）が設けられている。According to a thirteenth aspect, in the first aspect, water is supplied to the reformed gas between the fuel reformer (5) and the shift means (60) to cool the reformed gas. Water supply means (90) is provided.
【００２２】また、第１４の発明は、第１の発明におい
て、燃料改質器（５）と変成手段（６０）との間に、改
質ガスと熱交換して熱回収し、変成手段（６０）の改質
ガスの入口温度を制御する回収熱交換器（６）が設けら
れている。According to a fourteenth aspect, in the first aspect, heat is exchanged between the fuel reformer (5) and the shift means (60) with the reformed gas to recover heat, and the shift means ( A recovery heat exchanger (6) for controlling the reformed gas inlet temperature in (60) is provided.
【００２３】また、第１５の発明は、第６の発明におい
て、燃料改質器（５）と変成手段（６０）との間に、改
質ガスと熱交換して熱回収し、変成手段（６０）の改質
ガスの入口温度を制御する回収熱交換器（６）が設けら
れる一方、燃料改質器（５）と燃焼器（１９）と回収熱
交換器（６）が一体に形成されている。According to a fifteenth aspect, in the sixth aspect, heat is exchanged between the fuel reformer (5) and the shift means (60) with the reformed gas to recover heat, and the shift means ( A recovery heat exchanger (6) for controlling the inlet temperature of the reformed gas in (60) is provided, while the fuel reformer (5), the combustor (19) and the recovery heat exchanger (6) are integrally formed. ing.
【００２４】すなわち、本発明では、燃料改質器（５）
において、次式に示す部分酸化反応によって原燃料から
水素が生成される。That is, in the present invention, the fuel reformer (5)
In the above, hydrogen is generated from the raw fuel by a partial oxidation reaction represented by the following equation.
【００２５】 ＣnＨm＋(n/2)Ｏ2→nＣＯ＋(m/2)Ｈ2 ……（１） 続いて、上記燃料改質器（５）で改質された改質ガス
は、変成手段（６０）でＣＯ変成される。つまり、上記
燃料改質器（５）で生じたＣＯ（一酸化炭素）を次式に
示す水性ガスシフト反応によって酸化する。CnHm + (n / 2) O 2 → nCO + (m / 2) H 2 (1) Subsequently, the reformed gas reformed in the fuel reformer (5) is supplied to the conversion means (60). ) CO conversion. That is, CO (carbon monoxide) generated in the fuel reformer (5) is oxidized by a water gas shift reaction represented by the following equation.
【００２６】 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2 ……（２） このＣＯ濃度が低下した改質ガスが燃料電池（１）に供
給されて発電を行う。この燃料電池（１）では排ガスが
生じる。この排ガスは、例えば、燃料電池（１）のアノ
ード排ガスとカソード排ガスとを混合し、電池反応に使
用されなかった余剰空気や水素の他、未改質の原燃料が
含まれている。CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (2) The reformed gas having the reduced CO concentration is supplied to the fuel cell (1) to generate power. In this fuel cell (1), exhaust gas is generated. The exhaust gas is, for example, a mixture of an anode exhaust gas and a cathode exhaust gas of the fuel cell (1), and contains unreformed raw fuel in addition to excess air and hydrogen not used in the cell reaction.
【００２７】この排ガスが熱回収手段（６５）に流れ、
変成手段（６０）における改質ガスと熱交換し、排熱が
回収される。つまり、改質ガスが冷却され、排ガスが加
熱される。This exhaust gas flows to the heat recovery means (65),
Heat exchange is performed with the reformed gas in the shift means (60), and exhaust heat is recovered. That is, the reformed gas is cooled, and the exhaust gas is heated.
【００２８】さらに、上記熱回収手段（６５）を流れた
排ガスは、燃焼器（１９）に供給され、燃料改質器
（５）に供給する燃料ガスを予熱する。この場合、燃焼
器（１９）の燃焼温度は、排ガスの流量によって調節す
るか、燃料電池（１）の燃料利用率によって制御する。Further, the exhaust gas flowing through the heat recovery means (65) is supplied to the combustor (19), and preheats the fuel gas supplied to the fuel reformer (5). In this case, the combustion temperature of the combustor (19) is adjusted by the flow rate of the exhaust gas or controlled by the fuel utilization of the fuel cell (1).
【００２９】また、上記燃焼器（１９）には、都市ガス
を供給し、該都市ガスを燃焼させて燃料改質器（５）に
供給される燃料ガスを予熱してもよい。Further, city gas may be supplied to the combustor (19), and the city gas may be burned to preheat the fuel gas supplied to the fuel reformer (5).
【００３０】また、上記燃料改質器（５）に供給する燃
料ガスは、起動時において、加熱手段（２６）によって
加熱される。この加熱手段（２６）は、運転中におい
て、燃料改質器（５）の燃焼ガスの入口温度を制御して
もよい。つまり、燃焼ガスの予熱を行うようにしてもよ
い。The fuel gas supplied to the fuel reformer (5) is heated by a heating means (26) at the time of starting. This heating means (26) may control the inlet temperature of the combustion gas of the fuel reformer (5) during operation. That is, the combustion gas may be preheated.
【００３１】また、上記燃料改質器（５）で改質された
改質ガスは、水供給手段（９０）の水によって冷却して
もよく、また、回収熱交換器（６）によって熱回収して
冷却してもよい。The reformed gas reformed in the fuel reformer (5) may be cooled by water in a water supply means (90), and may be recovered by a recovery heat exchanger (6). And then cooled.
【００３２】[0032]
【発明の効果】したがって、本発明によれば、原燃料を
部分酸化反応によって水素を生成するようにしているの
で、外部加熱手段を省略することができる。この結果、
装置全体を小型化することができる。Therefore, according to the present invention, since the raw fuel is made to generate hydrogen by a partial oxidation reaction, external heating means can be omitted. As a result,
The entire device can be reduced in size.
【００３３】また、変成手段（６０）で生ずる発熱を熱
回収手段（６５）によって熱回収するので、エネルギの
有効利用を図ることができる。Further, since the heat generated by the shift means (60) is recovered by the heat recovery means (65), the energy can be effectively used.
【００３４】また、第３の発明によれば、熱回収手段
（６５）を変成手段（６０）に一体に設けているので、
装置全体の小型化を図ることができる。さらに、外部の
放熱を抑制することができるので、熱損失の低減を図る
ことができる。According to the third aspect, the heat recovery means (65) is provided integrally with the shift means (60).
The size of the entire device can be reduced. Further, since heat radiation outside can be suppressed, heat loss can be reduced.
【００３５】また、第５の発明によれば、変成手段（６
０）の反応温度を排ガスの流量で制御するので、温度制
御を容易に行うことができる。According to the fifth aspect of the present invention, the conversion means (6
Since the reaction temperature of 0) is controlled by the flow rate of the exhaust gas, the temperature can be easily controlled.
【００３６】また、第６の発明によれば、燃料電池
（１）の排ガスによって燃料改質器（５）の燃料ガスを
予熱するので、排ガスの有効利用を図ることができる。According to the sixth aspect, the fuel gas in the fuel reformer (5) is preheated by the exhaust gas from the fuel cell (1), so that the exhaust gas can be effectively used.
【００３７】また、第７の発明によれば、燃焼器（１
９）の燃焼温度を燃料電池（１）の燃料利用率で制御す
るので、熱回収を行いつつ温度制御を容易に行うことが
できる。Further, according to the seventh aspect, the combustor (1)
Since the combustion temperature of 9) is controlled by the fuel utilization rate of the fuel cell (1), temperature control can be easily performed while recovering heat.
【００３８】また、第８の発明によれば、燃焼器（１
９）の燃焼温度を排ガスの流量で制御するので、温度制
御を容易に行うことができる。According to the eighth aspect, the combustor (1)
Since the combustion temperature of 9) is controlled by the flow rate of the exhaust gas, the temperature can be easily controlled.
【００３９】また、第９の発明によれば、都市ガスによ
って燃料改質器（５）の燃料ガスを予熱するので、予熱
の制御を容易に行うことができる。According to the ninth aspect, since the fuel gas in the fuel reformer (5) is preheated by the city gas, the preheating can be easily controlled.
【００４０】また、第１０の発明によれば、起動時に燃
料改質器（５）の燃料ガスを加熱するので、起動を確実
に行うようにすることができる。Further, according to the tenth aspect, the fuel gas of the fuel reformer (5) is heated at the time of starting, so that the starting can be reliably performed.
【００４１】また、第１１の発明によれば、起動時の加
熱手段（２６）が運転中の燃料ガスの予熱を行うので、
構成の簡略化を図ることができる。According to the eleventh aspect, the heating means (26) at the time of starting preheats the fuel gas during operation.
The configuration can be simplified.
【００４２】また、第１３の発明によれば、燃料改質器
（５）で改質された改質ガスに水を供給して冷却するの
で、変成手段（６０）に供給される改質ガスの温度を確
実に制御することができる。According to the thirteenth aspect, since the reformed gas reformed in the fuel reformer (5) is supplied with water and cooled, the reformed gas supplied to the shift means (60) is cooled. Temperature can be reliably controlled.
【００４３】また、第１４の発明によれば、燃料改質器
（５）で改質された改質ガスを回収熱交換器（６）によ
って冷却するので、変成手段（６０）に供給される改質
ガスの温度を確実に制御することができる。さらに、排
熱を回収することができるので、エネルギの有効利用を
図ることができる。According to the fourteenth aspect, since the reformed gas reformed in the fuel reformer (5) is cooled by the recovery heat exchanger (6), it is supplied to the shift means (60). The temperature of the reformed gas can be reliably controlled. Furthermore, since exhaust heat can be recovered, energy can be effectively used.
【００４４】また、第１５の発明によれば、燃料改質器
（５）と燃焼器（１９）と回収熱交換器（６）とを一体
に形成しているので、装置全体の小型化を図ることがで
きる。According to the fifteenth aspect, since the fuel reformer (5), the combustor (19), and the recovery heat exchanger (6) are formed integrally, the size of the entire apparatus can be reduced. Can be planned.
【００４５】[0045]
【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施形態１を図
面に基づいて詳細に説明する。Embodiment 1 Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００４６】〈燃料電池システムの全体説明〉図１及び
図２に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、
固体高分子電解質型の燃料電池１を備えている。<Overall Description of Fuel Cell System> As shown in FIG. 1 and FIG.
A solid polymer electrolyte fuel cell 1 is provided.
【００４７】該燃料電池１は、触媒電極である酸素極
（カソード）２と、同じく触媒電極である水素極（アノ
ード）３とを備えている。上記酸素極２には空気圧縮機
４が空気供給管１０によって接続されている。上記水素
極３には燃料改質器５が改質ガス供給管２０によって接
続されている。The fuel cell 1 has an oxygen electrode (cathode) 2 which is a catalyst electrode and a hydrogen electrode (anode) 3 which is also a catalyst electrode. An air compressor 4 is connected to the oxygen electrode 2 by an air supply pipe 10. A fuel reformer 5 is connected to the hydrogen electrode 3 by a reformed gas supply pipe 20.
【００４８】上記改質ガス供給管２０には、第１熱交換
器６、ＣＯ高温変成器７、第２熱交換器８、ＣＯ低温変
成器９、第３熱交換器１１、ＣＯ選択酸化反応器１２及
び第４熱交換器１３が、燃料電池１に向かって順に設け
られている。The reformed gas supply pipe 20 has a first heat exchanger 6, a high-temperature CO converter 7, a second heat exchanger 8, a low-temperature CO converter 9, a third heat exchanger 11, and a CO selective oxidation reaction. The heat exchanger 12 and the fourth heat exchanger 13 are provided in order toward the fuel cell 1.
【００４９】上記燃料改質器５には、原燃料源（都市ガ
ス）１４が原料ガス供給管３０によって接続されてい
る。該原料ガス供給管３０には、ガス圧縮機１５及び脱
硫器１６が燃料改質器５に向かって順に設けられてい
る。A raw fuel source (city gas) 14 is connected to the fuel reformer 5 by a raw gas supply pipe 30. The source gas supply pipe 30 is provided with a gas compressor 15 and a desulfurizer 16 in order toward the fuel reformer 5.
【００５０】上記燃料改質器５には、空気圧縮機４から
部分酸化反応用の空気を供給するために、上記空気供給
管１０から分岐した管が接続されている。さらに、上記
燃料改質器５には、水性ガスシフト反応用の水蒸気を得
るための水を噴霧供給すべく水タンク１７が供給管４０
によって接続されている。該水供給管４０にはポンプ１
８が設けられている。A pipe branched from the air supply pipe 10 is connected to the fuel reformer 5 for supplying air for a partial oxidation reaction from the air compressor 4. Further, a water tank 17 is supplied to the fuel reformer 5 by spraying water for obtaining water vapor for a water gas shift reaction.
Connected by The water supply pipe 40 has a pump 1
8 are provided.
【００５１】上記燃料改質器５には、原燃料源１４から
の原燃料、空気圧縮機４からの空気及び水タンク１７か
らの水蒸気を加熱して該燃料改質器５に供給する燃焼器
１９が設けられている。The fuel reformer 5 heats the raw fuel from the raw fuel source 14, the air from the air compressor 4, and the steam from the water tank 17 to supply the fuel to the fuel reformer 5. 19 are provided.
【００５２】上記改質ガス供給管２０における第１熱交
換器６の上流部位には、水性ガスシフト反応用の水蒸気
を得るための水を噴霧供給すべく上記水供給管４０から
分岐した管が接続されている。また、上記改質ガス供給
管２０における第３熱交換器１１の上流部位には、ＣＯ
選択酸化反応器１２のための空気を供給すべく上記空気
供給管１０から分岐した管が接続されている。A pipe branched from the water supply pipe 40 for spraying and supplying water for obtaining water vapor for the water gas shift reaction is connected to an upstream portion of the first heat exchanger 6 in the reformed gas supply pipe 20. Have been. In the reformed gas supply pipe 20, an upstream portion of the third heat exchanger 11 is provided with CO2.
A pipe branched from the air supply pipe 10 is connected to supply air for the selective oxidation reactor 12.
【００５３】上記燃料電池１の酸素極２の排ガス及び水
素極３の排ガスは、気水分離器２１，２２に通した後に
合流させて燃焼用ガスとしてガス管５０により燃焼器１
９に供給されるように構成されている。該酸素極２の排
ガスは弁２３によって大気に適宜排出できるようになっ
ている。The exhaust gas from the oxygen electrode 2 and the exhaust gas from the hydrogen electrode 3 of the fuel cell 1 are passed through steam-water separators 21 and 22 and merged to form a combustion gas through a gas pipe 50 as a combustion gas.
9. The exhaust gas from the oxygen electrode 2 can be appropriately discharged to the atmosphere by a valve 23.
【００５４】上記ガス管５０は、第４熱交換器１３、第
３熱交換器１１及び第２熱交換器８を順に通るように配
管されている。該排ガスは、各熱交換器１３，１１，８
における改質ガスとの熱交換によって加熱されて燃焼器
１９に供給される。したがって、改質ガスは逆に各熱交
換器１３，１１，８で冷却されて燃料電池１に送られ
る。上記第１熱交換器６には別の冷却水管２４が接続さ
れ、該改質ガスは冷却水との熱交換によって冷却され
る。The gas pipe 50 is arranged so as to pass through the fourth heat exchanger 13, the third heat exchanger 11, and the second heat exchanger 8 in this order. The exhaust gas is supplied to each of the heat exchangers 13, 11, 8
And is supplied to the combustor 19 by heat exchange with the reformed gas. Therefore, the reformed gas is cooled in each of the heat exchangers 13, 11, and 8 and sent to the fuel cell 1. Another cooling water pipe 24 is connected to the first heat exchanger 6, and the reformed gas is cooled by heat exchange with cooling water.
【００５５】上記燃料改質器５には、部分酸化反応に活
性を呈する触媒（Ｒｕ又はＲｈをＡｌ2Ｏ3に担持させて
なる触媒）が充填されている。上記ＣＯ高温変成器７に
は、高温（４００℃前後）での水性ガスシフト反応に活
性を呈する触媒（Ｆｅ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3）が充填されてい
る。上記ＣＯ低温変成器９には、低温（１８０℃前後）
での水性ガスシフト反応に活性を呈する触媒（ＣｕＯ，
ＺｎＯ）が充填されている。上記ＣＯ選択酸化反応器１
２には、ＣＯの選択酸化反応に活性を呈する触媒（Ｒｕ
又はＰｔをＡｌ2Ｏ3又はゼオライトに担持させてなる触
媒）が充填されている。上記燃焼器１９には燃焼触媒が
充填されている。また、燃料改質器５には予熱用の電気
ヒータ２６が設けられている。The fuel reformer 5 is filled with a catalyst exhibiting activity in the partial oxidation reaction (a catalyst in which Ru or Rh is supported on Al 2 O 3 ). The CO high-temperature converter 7 is filled with a catalyst (Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 ) that exhibits an activity in a water gas shift reaction at a high temperature (around 400 ° C.). The CO low-temperature transformer 9 has a low temperature (around 180 ° C.).
Catalyst (CuO,
ZnO). CO selective oxidation reactor 1
No. 2 includes a catalyst (Ru) exhibiting an activity in the selective oxidation reaction of CO.
Or a catalyst in which Pt is supported on Al 2 O 3 or zeolite). The combustor 19 is filled with a combustion catalyst. The fuel reformer 5 is provided with an electric heater 26 for preheating.
【００５６】上記燃料改質器５と燃焼器１９と第１熱交
換器６とは、図２に示すように、一体に形成されてい
る。つまり、上部の燃料改質器５と下部の燃焼器１９と
が１つのケース７０に形成され、電気ヒータ２６が燃料
改質器５と燃焼器１９との間に組み込まれた加熱手段を
構成している。The fuel reformer 5, the combustor 19, and the first heat exchanger 6 are formed integrally as shown in FIG. That is, the upper fuel reformer 5 and the lower combustor 19 are formed in one case 70, and the electric heater 26 constitutes a heating unit incorporated between the fuel reformer 5 and the combustor 19. ing.
【００５７】そして、上記燃料改質器５の部位にはハニ
カム状のモノリス担体に触媒を担持させたハニカム触媒
２７が装填されている。上記燃焼器１９の部位には燃焼
触媒２８が充填されている。そして、上記燃焼器１９の
触媒充填部を貫通するように原料ガス通路２９が下端の
原料ガス入口３１から電気ヒータ配設部に延びている。
尚、上記燃料改質器５には改質ガスの出口３２が形成さ
れ、燃焼器１９には、燃料電池１からの排ガスの入口３
３及び燃焼排ガスの出口３４が形成されている。A portion of the fuel reformer 5 is loaded with a honeycomb catalyst 27 having a catalyst supported on a honeycomb monolith carrier. A portion of the combustor 19 is filled with a combustion catalyst 28. A raw material gas passage 29 extends from a raw material gas inlet 31 at a lower end to a portion where the electric heater is provided so as to penetrate the catalyst filling portion of the combustor 19.
The fuel reformer 5 has a reformed gas outlet 32, and the combustor 19 has an exhaust gas inlet 3 from the fuel cell 1.
3 and an exhaust gas outlet 34 are formed.
【００５８】また、上記第１熱交換器６は燃料改質器５
に連続して設けられている。つまり、上記ケース７０に
おける改質ガスの出口３２に連続して第１熱交換器６が
設けられている。The first heat exchanger 6 is connected to the fuel reformer 5
Are provided continuously. That is, the first heat exchanger 6 is provided continuously to the outlet 32 of the reformed gas in the case 70.
【００５９】一方、上記ＣＯ高温変成器７とＣＯ低温変
成器９とは、一つの外部容器６１に設けられて変成手段
である変成装置６０を構成している。該変成装置６０の
上部がＣＯ高温変成器７の部分（高温変成部）に形成さ
れる一方、下部がＣＯ低温変成器９の部分（低温変成
部）に形成されている。そして、上記ＣＯ高温変成器７
には、熱回収を行う第２熱交換器８が形成されている。On the other hand, the high-temperature CO converter 7 and the low-temperature CO converter 9 are provided in one external container 61 and constitute a conversion device 60 as a conversion means. The upper part of the shift device 60 is formed in the portion of the high-temperature CO converter 7 (high-temperature shift portion), while the lower portion is formed in the portion of the low-temperature CO converter 9 (low-temperature shift portion). And the CO high-temperature transformer 7
Is formed with a second heat exchanger 8 for recovering heat.
【００６０】上記ＣＯ高温変成器７は、外部容器２５の
内側に内部容器６２が設けられて二重構造に形成されて
いる。そして、上記ＣＯ高温変成器７の内部容器６２に
は触媒６３が充填されている。The high-temperature CO converter 7 has an inner container 62 provided inside the outer container 25 and has a double structure. The internal container 62 of the CO high-temperature converter 7 is filled with a catalyst 63.
【００６１】上記外部容器６１と内部容器６２との間の
環状空間には、上記ガス管５０の一部が、内部容器２６
の周囲に螺旋状に配設されて改質ガスと排ガスとを熱交
換させる第２熱交換器８が形成されている。つまり、上
記第２熱交換器８がＣＯ高温変成器７に一体に形成され
ている。In the annular space between the outer container 61 and the inner container 62, a part of the gas pipe 50
A second heat exchanger 8 is formed in a spiral shape around the periphery of the heat exchanger to exchange heat between the reformed gas and the exhaust gas. That is, the second heat exchanger 8 is formed integrally with the CO high-temperature converter 7.
【００６２】上記ＣＯ低温変成器９には、触媒６４の内
部を貫通するようにガス管５０が配れている。そして、
該ガス管５０は、改質ガスと排ガスとを熱交換させる第
３熱交換器１１が形成されて第２熱交換器８に連結され
ている。該第２熱交換器８と第３熱交換器１１とが変成
装置６０の熱を回収する熱回収手段６５を構成してい
る。The CO low-temperature converter 9 is provided with a gas pipe 50 so as to pass through the inside of the catalyst 64. And
The gas pipe 50 has a third heat exchanger 11 for exchanging heat between the reformed gas and the exhaust gas, and is connected to the second heat exchanger 8. The second heat exchanger 8 and the third heat exchanger 11 constitute heat recovery means 65 for recovering the heat of the shift converter 60.
【００６３】また、上記ＣＯ低温変成器９の流出側の改
質ガス供給管２０には、上記ＣＯ選択酸化反応器１２が
形成されると共に、空気供給管１０が接続されている。
該ＣＯ選択酸化反応器１２には、ガス管５０が貫通して
いる。該ガス管５０は、改質ガスと排ガスとを熱交換さ
せる第４熱交換器１３が形成されて第３熱交換器１１に
連結されている。In addition, the CO selective oxidation reactor 12 is formed and the air supply pipe 10 is connected to the reformed gas supply pipe 20 on the outflow side of the CO low temperature shifter 9.
A gas pipe 50 passes through the CO selective oxidation reactor 12. The gas pipe 50 has a fourth heat exchanger 13 for exchanging heat between the reformed gas and the exhaust gas, and is connected to the third heat exchanger 11.
【００６４】尚、上記外部容器２５及び内部容器２６
は、断熱部材によって形成するのが好ましい。このよう
に断熱部材によって形成すれば、上記ＣＯ高温変成器
７、ＣＯ低温変成器９、第２熱交換器８及び第３熱交換
器１１から熱が外気に放出されることが防止される。こ
の結果、燃料電池システム全体の熱損失が低減される。The outer container 25 and the inner container 26
Is preferably formed by a heat insulating member. When formed by the heat insulating member in this manner, the heat is prevented from being released to the outside air from the high-temperature CO converter 7, the low-temperature CO converter 9, the second heat exchanger 8, and the third heat exchanger 11. As a result, heat loss of the entire fuel cell system is reduced.
【００６５】また、上記ＣＯ高温変成器７及びＣＯ低温
変成器９の反応温度は、図示しないが、第２熱交換器８
及び第３熱交換器１１に供給される排ガスの流量によっ
て制御するようにしてもよい。また、上記燃焼器１９の
燃焼温度についても該燃焼器１９に供給される排ガスの
流量によって制御するようにしてもよい。例えば、上記
弁２３の開度を制御して排ガスの流量を制御する。Although not shown, the reaction temperature of the CO high-temperature shifter 7 and the CO low-temperature shifter 9 is not shown.
Alternatively, the control may be performed based on the flow rate of the exhaust gas supplied to the third heat exchanger 11. Further, the combustion temperature of the combustor 19 may be controlled by the flow rate of the exhaust gas supplied to the combustor 19. For example, the opening degree of the valve 23 is controlled to control the flow rate of the exhaust gas.
【００６６】〈作用〉次に、上述した燃料電池システム
の発電動作について説明する。<Operation> Next, the power generation operation of the above-described fuel cell system will be described.
【００６７】先ず、起動時においては、燃料改質器５の
温度が低いために電気ヒータ２６を作動し、触媒が活性
を呈する温度になるまで、例えば、４６０℃程度まで燃
料ガス（原燃料、空気及び水蒸気の混合ガス）を加熱す
る。起動後は電気ヒータ２６は停止され、燃料ガスが燃
焼器１９で予熱されるだけになる。First, at the time of start-up, the electric heater 26 is operated because the temperature of the fuel reformer 5 is low, and the fuel gas (raw fuel, raw fuel, (Mixed gas of air and water vapor). After the start, the electric heater 26 is stopped, and the fuel gas is only preheated in the combustor 19.
【００６８】上記燃料ガスは、Ｈ2Ｏ／Ｃ比が０．５〜
３になるように、Ｏ2／Ｃ比が０．４５〜０．７５にな
るように、原燃料、空気及び水蒸気の供給量が調整され
る。また、燃料改質器５の出口ガス温度は８００℃以上
に上昇しないように別途調整される。最も好ましい操作
条件は、上記Ｈ2Ｏ／Ｃ比が１．０、Ｏ2／Ｃ比が０．５
２〜０．６０（好ましくは０．５６）、燃料改質器５の
出口ガス温度が７２０℃、燃料改質器５の出口ガスのＣ
Ｏ2／ＣＯ比が０．４というものである。The fuel gas has a H 2 O / C ratio of 0.5 to 0.5.
The supply amounts of the raw fuel, the air, and the steam are adjusted so that the O 2 / C ratio becomes 0.45 to 0.75 so as to be 3. The outlet gas temperature of the fuel reformer 5 is separately adjusted so as not to rise to 800 ° C. or more. The most preferred operating conditions are that the H 2 O / C ratio is 1.0 and the O 2 / C ratio is 0.5
2 to 0.60 (preferably 0.56); the outlet gas temperature of the fuel reformer 5 is 720 ° C .;
The O 2 / CO ratio is 0.4.
【００６９】上記原燃料は、脱硫された後に空気及び噴
霧水と共に電気ヒータ２６又は燃焼器１９によって加熱
されて燃料改質器５の触媒に供給される。この加熱によ
って噴霧水は水蒸気になる。燃料改質器５の触媒上では
原燃料の部分酸化反応が起こり、水素とＣＯとが生成す
る（（１）式参照）。この燃料改質器５内には水蒸気が
存在するため、同時に水性ガスシフト反応が起こって水
素と二酸化炭素とが生成し、ＣＯ濃度が低下する
（（２）式参照）。After the desulfurization, the raw fuel is heated by the electric heater 26 or the combustor 19 together with the air and the spray water and supplied to the catalyst of the fuel reformer 5. This heating turns the spray water into steam. A partial oxidation reaction of the raw fuel occurs on the catalyst of the fuel reformer 5, and hydrogen and CO are generated (see the equation (1)). Since water vapor is present in the fuel reformer 5, a water gas shift reaction occurs at the same time to generate hydrogen and carbon dioxide, and the CO concentration decreases (see equation (2)).
【００７０】燃料改質器５を出た改質ガスは、第１熱交
換器６で水と熱交換し、４００℃程度まで温度が下がっ
てＣＯ高温変成器７へ送られる。尚、上記第１熱交換器
６の水は、例えば、給湯に利用される。上記ＣＯ高温変
成器７において、改質ガスは、触媒上で生ずる水性ガス
シフト反応によってさらにＣＯ濃度が低下する。The reformed gas that has exited the fuel reformer 5 exchanges heat with water in the first heat exchanger 6, is cooled down to about 400 ° C., and sent to the high-temperature CO converter 7. The water in the first heat exchanger 6 is used, for example, for hot water supply. In the CO high-temperature shifter 7, the CO concentration of the reformed gas is further reduced by a water gas shift reaction occurring on the catalyst.
【００７１】上記ＣＯ高温変成器７を出た改質ガスは、
第２熱交換器８で排ガスと熱交換し、１８０℃程度まで
温度が下がってＣＯ低温変成器９へ送られる。該ＣＯ低
温変成器９において、改質ガスは、触媒上で生ずる水性
ガスシフト反応によってさらにＣＯ濃度が低下する。The reformed gas leaving the high-temperature CO converter 7 is
The heat is exchanged with the exhaust gas in the second heat exchanger 8, the temperature is reduced to about 180 ° C., and sent to the CO low-temperature converter 9. In the CO low-temperature shifter 9, the CO concentration of the reformed gas is further reduced by a water gas shift reaction occurring on the catalyst.
【００７２】上記ＣＯ低温変成器９を出た改質ガスは、
第３熱交換器１１で排ガスと熱交換し、１４０℃程度ま
で温度が下がってＣＯ選択酸化反応器１２へ送られる。
該ＣＯ選択酸化反応器１２において、改質ガスは、触媒
上で生ずるＣＯの選択酸化反応によってＣＯ濃度がさら
に低下する。The reformed gas leaving the CO low-temperature shifter 9 is
The heat is exchanged with the exhaust gas in the third heat exchanger 11, the temperature is reduced to about 140 ° C., and the heat is sent to the CO selective oxidation reactor 12.
In the CO selective oxidation reactor 12, the CO concentration of the reformed gas further decreases due to the selective oxidation reaction of CO generated on the catalyst.
【００７３】上記ＣＯ選択酸化反応器１２を出た改質ガ
スは第４熱交換器１３で排ガスと熱交換し、８０℃程度
まで温度が下がって燃料電池１の水素極３に入る。The reformed gas exiting the CO selective oxidation reactor 12 exchanges heat with the exhaust gas in the fourth heat exchanger 13, and its temperature drops to about 80 ° C. and enters the hydrogen electrode 3 of the fuel cell 1.
【００７４】燃料電池１における水素極３の電極表面に
おいては、２Ｈ2→４Ｈ+＋４ｅ-の電池反応を起し、酸
素極２の電極表面においては、Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２
Ｈ2Ｏの電池反応を起こす。したがって、酸素極２の排
ガスには電池反応に使われなかった余剰空気と電池反応
によって生じた水蒸気とが含まれる。一方、水素極３の
排ガスには電池反応に使用されなかった水素、未改質の
原燃料、空気及び水蒸気が含まれる。In the fuel cell 1, a cell reaction of 2H 2 → 4H + + 4e − occurs on the electrode surface of the hydrogen electrode 3, and O 2 + 4H + + 4e − → 2 on the electrode surface of the oxygen electrode 2.
H 2 O causes a battery reaction. Therefore, the exhaust gas from the oxygen electrode 2 contains surplus air not used in the battery reaction and water vapor generated by the battery reaction. On the other hand, the exhaust gas from the hydrogen electrode 3 contains hydrogen not used in the battery reaction, unreformed raw fuel, air and water vapor.
【００７５】上記酸素極２及び水素極３の各排ガスは気
水分離器２１，２２を通って合流し、第４熱交換器１
３、第３熱交換器１１及び第２熱交換器８によって改質
ガスと熱交換し、加熱されて燃焼器１９に送られる。こ
の排ガスには含まれている水素及び酸素は、燃焼器１９
において燃焼触媒の作用によって反応し、その反応熱が
原料ガスの予熱源となる。また、この排ガスに含まれて
いる未改質の原料も同時に燃焼して予熱源となる。The exhaust gases from the oxygen electrode 2 and the hydrogen electrode 3 merge through the water / water separators 21 and 22 to form the fourth heat exchanger 1.
3. The heat is exchanged with the reformed gas by the third heat exchanger 11 and the second heat exchanger 8, heated and sent to the combustor 19. The hydrogen and oxygen contained in the exhaust gas are supplied to the combustor 19.
The reaction is caused by the action of the combustion catalyst, and the reaction heat serves as a preheating source for the raw material gas. The unreformed raw material contained in the exhaust gas also burns at the same time and becomes a preheating source.
【００７６】〈実施形態１の効果〉以上のように、本実
施形態によれば、原燃料を部分酸化反応によって水素を
生成するようにしているので、外部加熱手段を省略する
ことができる。この結果、装置全体を小型化することが
できる。<Effects of First Embodiment> As described above, according to the present embodiment, since the raw fuel is produced by the partial oxidation reaction, the external heating means can be omitted. As a result, the entire device can be reduced in size.
【００７７】また、変成装置６０で生ずる発熱を熱回収
手段６５によって熱回収するので、エネルギの有効利用
を図ることができる。Further, since the heat generated in the shift device 60 is recovered by the heat recovery means 65, the energy can be effectively used.
【００７８】また、上記熱回収手段６５を変成装置６０
に一体に設けているので、装置全体の小型化を図ること
ができる。さらに、外部の放熱を抑制することができる
ので、熱損失の低減を図ることができる。The heat recovery means 65 is connected to the
, The size of the entire apparatus can be reduced. Further, since heat radiation outside can be suppressed, heat loss can be reduced.
【００７９】また、上記変成手段６０の反応温度を排ガ
スの流量で制御すると、温度制御を容易に行うことがで
きる。When the reaction temperature of the shift means 60 is controlled by the flow rate of the exhaust gas, the temperature can be easily controlled.
【００８０】また、上記燃料電池１の排ガスによって燃
料改質器５の燃料ガスを燃焼器１９で予熱するので、排
ガスの有効利用を図ることができる。Further, since the fuel gas of the fuel reformer 5 is preheated in the combustor 19 by the exhaust gas of the fuel cell 1, the exhaust gas can be effectively used.
【００８１】また、上記燃焼器１９の燃焼温度を排ガス
の流量で制御すると、温度制御を容易に行うことができ
る。When the combustion temperature of the combustor 19 is controlled by the flow rate of the exhaust gas, the temperature can be easily controlled.
【００８２】また、起動時に燃料改質器５の燃料ガスを
電気ヒータ２６で加熱するので、起動を確実に行うよう
にすることができる。Since the fuel gas of the fuel reformer 5 is heated by the electric heater 26 at the time of starting, the starting can be surely performed.
【００８３】また、上記燃料改質器５で改質された改質
ガスを第１熱交換器６によって冷却するので、変成手段
６０に供給される改質ガスの温度を確実に制御すること
ができる。さらに、排熱を回収することができるので、
エネルギの有効利用を図ることができる。Since the reformed gas reformed in the fuel reformer 5 is cooled by the first heat exchanger 6, it is possible to control the temperature of the reformed gas supplied to the shift means 60 without fail. it can. Furthermore, since the exhaust heat can be recovered,
Energy can be effectively used.
【００８４】また、上記燃料改質器５と燃焼器１９と第
１熱交換器６とを一体に形成しているので、装置全体の
小型化を図ることができる。Further, since the fuel reformer 5, the combustor 19, and the first heat exchanger 6 are integrally formed, the size of the entire apparatus can be reduced.
【００８５】[0085]
【発明の実施の形態２】次に、本発明の実施形態２を図
面に基づいて詳細に説明する。Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００８６】図３に示すように、本実施形態の燃料電池
システムは、実施形態１における電気ヒータ２６に代え
てバーナ８０を設けたものである。As shown in FIG. 3, the fuel cell system according to the present embodiment is provided with a burner 80 instead of the electric heater 26 in the first embodiment.
【００８７】つまり、上記バーナ８０は、燃焼器１９に
おける燃料ガスの入口側に設けられて加熱手段を構成し
ている。該バーナ８０は、原料ガス供給管３０が分岐接
続されて都市ガスである燃料が供給されている。さら
に、上記バーナ８０には、空気供給管１０が分岐接続さ
れて空気が供給されている。That is, the burner 80 is provided on the fuel gas inlet side of the combustor 19 to constitute a heating means. The burner 80 is supplied with fuel, which is city gas, by branching the source gas supply pipe 30. Further, the burner 80 is supplied with air by branch connection of the air supply pipe 10.
【００８８】上記バーナ８０は、起動時において、燃料
を燃焼して燃料改質器５に供給される燃料ガスを加熱す
る。そして、起動後は、上記バーナ８０の燃焼は停止さ
れる。その他の構成並びに作用及び効果は、実施形態１
と同様である。At the time of start-up, the burner 80 burns fuel to heat the fuel gas supplied to the fuel reformer 5. After the start, the combustion of the burner 80 is stopped. Other configurations, functions and effects are described in the first embodiment.
Is the same as
【００８９】[0089]
【発明の実施の形態３】次に、本発明の実施形態３を図
面に基づいて詳細に説明する。Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００９０】図４に示すように、本実施形態の燃料電池
システムは、燃料改質器５と燃焼器１９と第１熱交換器
６の他の一体構造としたものである。As shown in FIG. 4, the fuel cell system according to the present embodiment has another integral structure of the fuel reformer 5, the combustor 19, and the first heat exchanger 6.
【００９１】つまり、上記燃料改質器５と燃焼器１９と
第１熱交換器６が１つのケース７０に設けられている。
該ケース７０の上部が燃焼器１９に形成され、中間部が
燃料改質器５に形成され、下部が第１熱交換器６に形成
されている。そして、上記第１熱交換器６の下端がＣＯ
高温変成器７に接続されている。その他の構成並びに作
用及び効果は、実施形態１と同様である。That is, the fuel reformer 5, the combustor 19, and the first heat exchanger 6 are provided in one case 70.
The upper part of the case 70 is formed in the combustor 19, the intermediate part is formed in the fuel reformer 5, and the lower part is formed in the first heat exchanger 6. The lower end of the first heat exchanger 6 is CO
It is connected to a high-temperature transformer 7. Other configurations, operations, and effects are the same as those of the first embodiment.
【００９２】[0092]
【発明の実施の形態４】次に、本発明の実施形態４を図
面に基づいて詳細に説明する。Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００９３】図５に示すように、本実施形態は、他の燃
料電池システムを示している。As shown in FIG. 5, this embodiment shows another fuel cell system.
【００９４】本実施形態の燃料電池システムは、実施形
態１の燃料電池システムとは次の点で相違している。 実施形態１は、燃料改質器５に対し、空気圧縮機４
の空気及び水タンク１７の水を導入する。これに対し、
実施形態４は、燃料改質器５に対し、酸素極２の排ガス
を供給管３５によって供給する。 実施形態４は、電気負荷３６に対して燃料電池１と
別の電源３７とを並列に接続し、燃料電池１の出力電流
値を調節する電力調節器３８を設けている。 実施形態４は、空気供給管１０から原料ガス供給管
３０に向かって延設した分岐管に流量調節弁３９を設け
て空気補給手段を構成している。The fuel cell system according to the present embodiment differs from the fuel cell system according to the first embodiment in the following points. In the first embodiment, the air compressor 4
And the water in the water tank 17 are introduced. In contrast,
In the fourth embodiment, the exhaust gas from the oxygen electrode 2 is supplied to the fuel reformer 5 through the supply pipe 35. In the fourth embodiment, a fuel cell 1 and another power supply 37 are connected in parallel to an electric load 36, and a power regulator 38 for adjusting an output current value of the fuel cell 1 is provided. In the fourth embodiment, a flow control valve 39 is provided in a branch pipe extending from the air supply pipe 10 toward the raw material gas supply pipe 30 to constitute an air supply unit.
【００９５】すなわち、上述の如く酸素極２のカソード
排ガスには水蒸気及び未使用の空気が含まれている。し
たがって、この排ガスを燃料改質器５に原燃料改質用の
ガスとして用いている。そして、この排ガスの組成を燃
料改質に適するものにするために電力調節器３８を設け
ている。That is, as described above, the cathode exhaust gas of the oxygen electrode 2 contains water vapor and unused air. Therefore, this exhaust gas is used in the fuel reformer 5 as a raw fuel reforming gas. An electric power controller 38 is provided to make the composition of the exhaust gas suitable for fuel reforming.
【００９６】上記電力調節器３８は、燃料電池１の出力
電流値を調節する。この結果、燃料電池１の水素及び空
気の利用率が変わる。そして、酸素極２の排ガスの酸素
濃度及び水蒸気濃度が変化する。この調節によって不足
する電力は別の電源３７によって補われる。The power regulator 38 regulates the output current value of the fuel cell 1. As a result, the utilization rates of hydrogen and air of the fuel cell 1 change. Then, the oxygen concentration and the water vapor concentration of the exhaust gas at the oxygen electrode 2 change. The power shortage caused by this adjustment is supplemented by another power supply 37.
【００９７】上記燃料電池１における水素の使用量が１
Ｌ／min（０℃，１気圧）のときにその利用率が１００
％であるとすると、そのときの出力電流値Ａは理論的に
は次のようになる。The amount of hydrogen used in the fuel cell 1 is 1
L / min (0 ° C, 1 atm), the utilization rate is 100
%, The output current value A at that time is theoretically as follows.
【００９８】 Ａ＝２ｎＦ ＝１４３（アンペア） （Ａ；Ｃ（クーロン）／sec，ｎ：モル／sec，Ｆ：ファ
ラデー定数） したがって、出力電流値を上記理論値よりも下げると水
素利用率（燃料利用率）及び空気利用率が低下する。こ
の場合、空気利用率は、例えば、０．４〜０．７５の範
囲で調節する。A = 2 nF = 143 (ampere) (A; C (coulomb) / sec, n: mol / sec, F: Faraday constant) Therefore, if the output current value is lower than the theoretical value, the hydrogen utilization rate (fuel Utilization rate) and air utilization rate decrease. In this case, the air utilization rate is adjusted, for example, in the range of 0.4 to 0.75.
【００９９】また、空気利用率を高めた場合に不足する
空気は、空気圧縮機４からの空気を流量調節弁３９によ
って導入して補われる。[0099] Insufficient air when the air utilization rate is increased is supplemented by introducing air from the air compressor 4 through the flow control valve 39.
【０１００】したがって、本実施形態では、燃焼器１９
の燃焼温度を燃料電池１の燃料利用率で制御するので、
熱回収を行いつつ温度制御を容易に行うことができる。
その他の構成並びに作用及び効果は、実施形態１と同様
である。Therefore, in this embodiment, the combustor 19
Is controlled by the fuel utilization rate of the fuel cell 1,
Temperature control can be easily performed while performing heat recovery.
Other configurations, operations, and effects are the same as those of the first embodiment.
【０１０１】[0101]
【発明の他の実施の形態】上記各実施形態において、第
１熱交換器６は、改質ガス供給管２０を介してＣＯ高温
変成器７に直接に接続していた。しかしながら、上記第
１熱交換器６とＣＯ高温変成器７との間の改質ガス供給
管２０に、水供給手段である水供給管９０を接続しても
よい。この場合、第１熱交換器６を流出した改質ガスを
水によって冷却し、この冷却された改質ガスをＣＯ高温
変成器７に供給する。In other embodiments of the present invention, the first heat exchanger 6 is directly connected to the CO high-temperature converter 7 via the reformed gas supply pipe 20. However, a water supply pipe 90 serving as a water supply means may be connected to the reformed gas supply pipe 20 between the first heat exchanger 6 and the CO high-temperature shift converter 7. In this case, the reformed gas flowing out of the first heat exchanger 6 is cooled by water, and the cooled reformed gas is supplied to the CO high-temperature shifter 7.
【０１０２】この場合、上記燃料改質器（５）で改質さ
れた改質ガスに水を供給して冷却するので、変成装置６
０に供給される改質ガスの温度を確実に制御することが
できる。In this case, the reformed gas reformed in the fuel reformer (5) is cooled by supplying water to the reformed gas.
The temperature of the reformed gas supplied to 0 can be reliably controlled.
【０１０３】また、排ガスは、燃料電池１の水素極３の
アノード排ガスでもよく、このアノード排ガスを第４熱
交換器１３等に供給するようにしてもよい。The exhaust gas may be the anode exhaust gas of the hydrogen electrode 3 of the fuel cell 1, and the anode exhaust gas may be supplied to the fourth heat exchanger 13 or the like.
【０１０４】また、上記電気ヒータ２６又はバーナ８０
は燃焼器１９を兼用するようにしてもよい。この場合、
起動時の加熱手段２６、８０が運転中の燃料ガスの予熱
を行うので、構成の簡略化を図ることができる。The electric heater 26 or the burner 80
May also be used as the combustor 19. in this case,
Since the heating means 26, 80 at the time of startup preheats the fuel gas during operation, the configuration can be simplified.
【０１０５】また、各実施形態は、燃焼器１９に燃料電
池１の排ガスを供給するようにしたが、第９の発明よう
に、燃料電池１の排ガスに代えて、原料ガス供給管３０
から都市ガスを供給するようにしてもよい。この場合、
都市ガスを利用するので、予熱の制御を容易に行うこと
ができる。In each of the embodiments, the exhaust gas of the fuel cell 1 is supplied to the combustor 19. However, as in the ninth invention, the exhaust gas of the fuel cell 1 is replaced with the raw gas supply pipe 30.
May be supplied from the city gas. in this case,
Since city gas is used, preheating control can be easily performed.
【０１０６】また、上記変成手段６０は、ＣＯ高温変成
器７とＣＯ低温変成器９とに限られず、３つ以上の変成
器で構成してもよい。また、逆に、上記変成手段６０
は、１つの変成器で構成してもよい。Further, the above-mentioned transformation means 60 is not limited to the high-temperature CO transformer 7 and the low-temperature CO transformer 9 but may be constituted by three or more transformers. On the other hand, conversely,
May be constituted by one transformer.
【図１】本発明の実施形態１に係る燃料電池システムの
構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
【図２】実施形態１の燃料改質器、燃焼器、変成装置及
びＣＯ選択酸化反応器の構造を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structures of a fuel reformer, a combustor, a shift converter, and a CO selective oxidation reactor according to the first embodiment.
【図３】実施形態２の燃料改質器、燃焼器、変成装置及
びＣＯ選択酸化反応器の構造を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structures of a fuel reformer, a combustor, a shift converter, and a CO selective oxidation reactor according to a second embodiment.
【図４】実施形態３の燃料改質器、燃焼器、変成装置及
びＣＯ選択酸化反応器の構造を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structures of a fuel reformer, a combustor, a shift converter, and a CO selective oxidation reactor according to a third embodiment.
【図５】実施形態４に係る燃料電池システムの構成図で
ある。FIG. 5 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a fourth embodiment.
１ 燃料電池 ５ 燃料改質器 ６ 第１熱交換器（回収熱交換器） ７ ＣＯ高温変成器 ８ 第２熱交換器 ９ ＣＯ低温変成器 １１ 第３熱交換器 １２ ＣＯ選択酸化反応器 １３ 第４熱交換器 １９ 燃焼器 ２６ 電気ヒータ ３８ 電力調節器 ５０ ガス管 ６０ 変成手段 ６５ 熱回収手段 ７０ ケース ８０ バーナ ９０ 水供給手段 REFERENCE SIGNS LIST 1 fuel cell 5 fuel reformer 6 first heat exchanger (recovery heat exchanger) 7 high-temperature CO converter 8 second heat exchanger 9 low-temperature CO converter 11 third heat exchanger 12 selective CO oxidation reactor 13 4 Heat exchanger 19 Combustor 26 Electric heater 38 Power controller 50 Gas pipe 60 Transformation means 65 Heat recovery means 70 Case 80 Burner 90 Water supply means
フロントページの続き (72)発明者 岡本 康令 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EB03 EB14 EB43 EB44 4H060 BB07 BB11 BB12 CC03 FF02 GG02 5H027 AA06 BA01 BA09 BA10 BA16 BA17 MM01 MM13 Continued on the front page (72) Inventor Yasunori Okamoto 1304 Kanaokacho, Sakai City, Osaka Prefecture Daikin Industries, Ltd. Sakai Seisakusho Kanaoka Factory F-term (reference) 4G040 EA03 EA06 EB03 EB14 EB43 EB44 4H060 BB07 BB11 BB12 CC03 FF02 GG02 5H027 AA06 BA01 BA09 BA10 BA16 BA17 MM01 MM13
Claims (15)
よって水素を生成するための燃料改質器（５）と、該燃
料改質器（５）で改質された改質ガスをＣＯ変成するた
めの変成手段（６０）と、上記変成手段（６０）でＣＯ
変成された改質ガスの水素を燃料として発電する燃料電
池（１）とを備える燃料電池システムであって、 上記燃料電池（１）から排出される排ガスと変成手段
（６０）の改質ガスとを熱交換させて熱回収する熱回収
手段（６５）が設けられていることを特徴とする燃料電
池システム。1. A fuel reformer (5) for producing hydrogen from a hydrocarbon-based raw fuel by a partial oxidation reaction, and a reformed gas reformed by the fuel reformer (5) is subjected to CO conversion. Conversion means (60) for converting CO and CO
What is claimed is: 1. A fuel cell system comprising: a fuel cell (1) configured to generate electricity using hydrogen of a reformed reformed gas as a fuel, wherein an exhaust gas discharged from the fuel cell (1) and a reformed gas of a reforming means (60) are provided. A heat recovery means (65) for recovering heat by exchanging heat with the fuel cell system.
排ガスとが混合されたものであることを特徴とする燃料
電池システム。2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the exhaust gas is a mixture of an anode exhaust gas and a cathode exhaust gas of the fuel cell (1).
ていることを特徴とする燃料電池システム。3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the heat recovery means (65) is provided integrally with the shift means (60).
（７，８）で構成されていることを特徴とする燃料電池
システム。4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the shift means (60) comprises a plurality of shifters (7, 8) having different reaction temperatures.
供給される排ガスの流量によって調節されることを特徴
とする燃料電池システム。5. The fuel cell system according to claim 1, wherein a reaction temperature of the shift means (60) is adjusted by a flow rate of exhaust gas supplied to the heat recovery means (65).
供給される燃料ガスを燃料電池（１）の排ガスによって
加熱する燃焼器（１９）が設けられていることを特徴と
する燃料電池システム。6. A combustor according to claim 1, wherein a fuel gas supplied to the fuel reformer (5) is heated by exhaust gas from the fuel cell (1) at an inlet side of the fuel reformer (5). (19) A fuel cell system provided with (19).
用率によって制御されることを特徴とする燃料電池シス
テム。7. The fuel cell system according to claim 6, wherein the combustion temperature of the combustor (19) is controlled by the fuel utilization of the fuel cell (1).
される排ガスの流量によって調節されることを特徴とす
る燃料電池システム。8. The fuel cell system according to claim 6, wherein a combustion temperature of the combustor (19) is adjusted by a flow rate of exhaust gas supplied to the combustor (19).
供給される燃料ガスを都市ガスによって加熱する燃焼器
（１９）が設けられていることを特徴とする燃料電池シ
ステム。9. A combustor (19) for heating fuel gas supplied to the fuel reformer (5) with city gas at the inlet side of the fuel reformer (5). A fuel cell system, comprising:
する加熱手段（２６）が設けられていることを特徴とす
る燃料電池システム。10. The fuel cell system according to claim 1, further comprising heating means (26) for heating the fuel gas supplied to the fuel reformer (5) at the time of startup.
ガスの入口温度を制御することを特徴とする燃料電池シ
ステム。11. The fuel cell system according to claim 10, wherein the heating means (26) controls the fuel gas inlet temperature of the fuel reformer (5) during operation.
空気及び水を加えたものであることを特徴とする燃料電
池システム。12. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel gas supplied to the fuel reformer (5) is a mixture of city gas and air and water.
ガスに水を供給して該改質ガスを冷却する水供給手段
（９０）が設けられていることを特徴とする燃料電池シ
ステム。13. A water supply means (90) for supplying water to a reformed gas and cooling the reformed gas between the fuel reformer (5) and the shift means (60). ) Is provided.
ガスと熱交換して熱回収し、変成手段（６０）の改質ガ
スの入口温度を制御する回収熱交換器（６）が設けられ
ていることを特徴とする燃料電池システム。14. The reformer according to claim 1, wherein heat is exchanged with the reformed gas to recover heat between the fuel reformer (5) and the shifter (60). A fuel cell system comprising a recovery heat exchanger (6) for controlling the inlet temperature of the fuel cell.
ガスと熱交換して熱回収し、変成手段（６０）の改質ガ
スの入口温度を制御する回収熱交換器（６）が設けられ
る一方、 燃料改質器（５）と燃焼器（１９）と回収熱交換器
（６）が一体に形成されていることを特徴とする燃料電
池システム。15. The reforming device according to claim 6, wherein heat is exchanged between the fuel reformer (5) and the shift means (60) by heat exchange with the reformed gas, and the reformed gas of the shift means (60) is recovered. A recovery heat exchanger (6) for controlling the inlet temperature of the fuel is provided, while a fuel reformer (5), a combustor (19) and a recovery heat exchanger (6) are integrally formed. Fuel cell system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32483099A JP2001143731A (en) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | Fuel cell system |
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| JP32483099A JP2001143731A (en) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | Fuel cell system |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2001143731A true JP2001143731A (en) | 2001-05-25 |
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| JP32483099A Pending JP2001143731A (en) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | Fuel cell system |
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| JP (1) | JP2001143731A (en) |
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-
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- 1999-11-16 JP JP32483099A patent/JP2001143731A/en active Pending
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