JP2001189162A - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システムInfo
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】水蒸気改質型改質器およびＣＯ変成器を備えた
固体高分子型燃料電池システムにおいて、空気ブロワー
の動力エネルギーを低減させることにより発電効率を向
上させるとともに、熱効率を向上させ、また改質器をコ
ンパクト化する。 【解決手段】水蒸気改質型改質器およびＣＯ変成器を備
えた固体高分子型燃料電池システムにおいて、アノード
オフガスをＣＯ変成器の冷却媒体に使用した後、前記改
質器の加熱用燃料として使用し、カソードオフガスを前
記改質器の燃料燃焼用として使用するようにしてなるこ
とを特徴とする燃料電池システム。
固体高分子型燃料電池システムにおいて、空気ブロワー
の動力エネルギーを低減させることにより発電効率を向
上させるとともに、熱効率を向上させ、また改質器をコ
ンパクト化する。 【解決手段】水蒸気改質型改質器およびＣＯ変成器を備
えた固体高分子型燃料電池システムにおいて、アノード
オフガスをＣＯ変成器の冷却媒体に使用した後、前記改
質器の加熱用燃料として使用し、カソードオフガスを前
記改質器の燃料燃焼用として使用するようにしてなるこ
とを特徴とする燃料電池システム。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水蒸気改質型改質
器およびＣＯ変成器を有する固体高分子型燃料電池シス
テム（本明細書中「システム」とは装置の意味で用いて
いる）に関する。
器およびＣＯ変成器を有する固体高分子型燃料電池シス
テム（本明細書中「システム」とは装置の意味で用いて
いる）に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に燃料電池とは、水素と酸素との電
気化学反応により水素燃料の持つ化学エネルギーを直
接、電気エネルギーに変換する装置であり、高い発電効
率を得ることができる。また、水素燃料の製造原料に天
然ガスを主体とした都市ガスを使用した場合、公害要因
のＳＯｘ（ＳＯ2等の硫黄酸化物）、ＮＯｘ（ＮＯ等の
窒素酸化物）の排出が少ない。このように燃料電池は高
い発電効率とクリーンな排気特性といった利点を有して
いる。また近年では、省資源、地球環境の保全に一段と
関心が集まっており、このような社会的要請も手伝っ
て、民生用としての実用化を目指して燃料電池プラント
の開発が各所で盛んに行われている。
気化学反応により水素燃料の持つ化学エネルギーを直
接、電気エネルギーに変換する装置であり、高い発電効
率を得ることができる。また、水素燃料の製造原料に天
然ガスを主体とした都市ガスを使用した場合、公害要因
のＳＯｘ（ＳＯ2等の硫黄酸化物）、ＮＯｘ（ＮＯ等の
窒素酸化物）の排出が少ない。このように燃料電池は高
い発電効率とクリーンな排気特性といった利点を有して
いる。また近年では、省資源、地球環境の保全に一段と
関心が集まっており、このような社会的要請も手伝っ
て、民生用としての実用化を目指して燃料電池プラント
の開発が各所で盛んに行われている。
【０００３】燃料電池の種類としては固体高分子型（Ｐ
ＥＦＣ）やリン酸型（ＰＡＦＣ）といったものが知られ
ている。中でも固体高分子型燃料電池は、作動温度が８
０〜１００℃程度という低温で、（１）出力密度が高
く、小型化、軽量化が可能である、（２）電解質が腐食
性でなく、しかも動作温度が低いため、耐食性の面から
電池構成材料の制約が無いので、コスト低減が容易であ
る、（３）常温で起動できるため、起動時間が短い、と
いった優れた特徴を有している。
ＥＦＣ）やリン酸型（ＰＡＦＣ）といったものが知られ
ている。中でも固体高分子型燃料電池は、作動温度が８
０〜１００℃程度という低温で、（１）出力密度が高
く、小型化、軽量化が可能である、（２）電解質が腐食
性でなく、しかも動作温度が低いため、耐食性の面から
電池構成材料の制約が無いので、コスト低減が容易であ
る、（３）常温で起動できるため、起動時間が短い、と
いった優れた特徴を有している。
【０００４】一方、燃料電池では、その燃料である水素
が通常炭化水素の水蒸気改質や部分燃焼による改質によ
り得られる。しかし、改質ガスにはＣＯ（一酸化炭素）
がかなり多量（８〜１５ｖｏｌ％程度）含まれているた
め、燃料電池のアノード（水素極）を被毒するという問
題がある。
が通常炭化水素の水蒸気改質や部分燃焼による改質によ
り得られる。しかし、改質ガスにはＣＯ（一酸化炭素）
がかなり多量（８〜１５ｖｏｌ％程度）含まれているた
め、燃料電池のアノード（水素極）を被毒するという問
題がある。
【０００５】図６は、従来の水蒸気改質方式の改質器お
よびＣＯ変成器を備えた固体高分子型燃料電池システム
を示す図である。該システムは空気ブロワー１、アノー
ド５とカソード６を有する燃料電池４、改質器２、ＣＯ
変成器３、ＣＯ選択酸化器（図示せず）、原料ガスライ
ン１３、水蒸気ライン１４、アノード５と改質器２を連
絡する配管８、改質器２とＣＯ変成器３を連絡する配管
９、空気ブロワー１とカソード６を連絡する配管１１、
空気ブロワー１とＣＯ変成器３および改質器２を連絡す
る配管１２より構成されている。図７は従来の改質器２
の態様例を示したもので、概略、バーナによる燃焼部と
改質触媒を配置した改質部により構成されている。バー
ナでの燃料ガスと空気の燃焼による燃焼熱が改質触媒を
配置した改質部に供給され、改質触媒により原料炭化水
素ガスが水蒸気と反応して改質ガスが生成される。ここ
で必要な水蒸気は別途配置された水蒸気発生器により発
生させる。
よびＣＯ変成器を備えた固体高分子型燃料電池システム
を示す図である。該システムは空気ブロワー１、アノー
ド５とカソード６を有する燃料電池４、改質器２、ＣＯ
変成器３、ＣＯ選択酸化器（図示せず）、原料ガスライ
ン１３、水蒸気ライン１４、アノード５と改質器２を連
絡する配管８、改質器２とＣＯ変成器３を連絡する配管
９、空気ブロワー１とカソード６を連絡する配管１１、
空気ブロワー１とＣＯ変成器３および改質器２を連絡す
る配管１２より構成されている。図７は従来の改質器２
の態様例を示したもので、概略、バーナによる燃焼部と
改質触媒を配置した改質部により構成されている。バー
ナでの燃料ガスと空気の燃焼による燃焼熱が改質触媒を
配置した改質部に供給され、改質触媒により原料炭化水
素ガスが水蒸気と反応して改質ガスが生成される。ここ
で必要な水蒸気は別途配置された水蒸気発生器により発
生させる。
【０００６】以下に該システムの作動を説明する。アノ
ード５から排出されるオフガス（アノードオフガス）を
配管８により改質器２の燃焼部のバーナに供給し、バー
ナで燃焼させて該改質器２で必要な加熱を行うが、ここ
で必要な燃焼用空気は空気ブロワー１から配管１２によ
り供給される空気を使用していた。また、燃料電池のカ
ソード（空気極）６に供給される空気は空気ブロワー１
から配管１１により供給され、その後大気に放散されて
いた。
ード５から排出されるオフガス（アノードオフガス）を
配管８により改質器２の燃焼部のバーナに供給し、バー
ナで燃焼させて該改質器２で必要な加熱を行うが、ここ
で必要な燃焼用空気は空気ブロワー１から配管１２によ
り供給される空気を使用していた。また、燃料電池のカ
ソード（空気極）６に供給される空気は空気ブロワー１
から配管１１により供給され、その後大気に放散されて
いた。
【０００７】改質器２では原料ガスライン１３と水蒸気
ライン１４により供給される原料炭化水素ガスと水蒸気
との反応により改質ガスが生成される。改質器２での反
応は下記式（１）で示される。この時の改質ガス中には
ＣＯが８〜１５ｖｏｌ％程度含まれており、このＣＯに
より燃料電池のアノード５は被毒される。そのためＣＯ
濃度を低くして（１００ｐｐｍ程度以下）アノード５の
被毒を防止する必要があり、このためＣＯ変成器３およ
びＣＯ選択酸化器（図示せず）が使用されていた。
ライン１４により供給される原料炭化水素ガスと水蒸気
との反応により改質ガスが生成される。改質器２での反
応は下記式（１）で示される。この時の改質ガス中には
ＣＯが８〜１５ｖｏｌ％程度含まれており、このＣＯに
より燃料電池のアノード５は被毒される。そのためＣＯ
濃度を低くして（１００ｐｐｍ程度以下）アノード５の
被毒を防止する必要があり、このためＣＯ変成器３およ
びＣＯ選択酸化器（図示せず）が使用されていた。
【化 １】
【０００８】改質ガス中のＣＯは、ＣＯ変成器３におい
て例えば銅ー亜鉛系触媒を用いて０．５％程度まで除去
され、その後ＣＯ選択酸化器において例えばＰｔ、Ｒｕ
などの貴金属触媒を用いて１００ｐｐｍ程度以下にまで
除去される。ＣＯ変成器３での反応は下記式（２）で示
される発熱反応であり、ＣＯ濃度を０．５％程度まで除
去するためにはＣＯ変成触媒の作動温度を例えば２００
℃程度以下におさえる必要がある。そこでＣＯ変成器３
を冷却する必要があり、そのため空気ブロワー１を用い
て常温の空気を配管１２によりＣＯ変成器に送ってい
た。冷却を終えた空気は、改質器２のバーナに燃焼用空
気として供給していた。
て例えば銅ー亜鉛系触媒を用いて０．５％程度まで除去
され、その後ＣＯ選択酸化器において例えばＰｔ、Ｒｕ
などの貴金属触媒を用いて１００ｐｐｍ程度以下にまで
除去される。ＣＯ変成器３での反応は下記式（２）で示
される発熱反応であり、ＣＯ濃度を０．５％程度まで除
去するためにはＣＯ変成触媒の作動温度を例えば２００
℃程度以下におさえる必要がある。そこでＣＯ変成器３
を冷却する必要があり、そのため空気ブロワー１を用い
て常温の空気を配管１２によりＣＯ変成器に送ってい
た。冷却を終えた空気は、改質器２のバーナに燃焼用空
気として供給していた。
【化 ２】
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
システムでは、空気ブロワー１により配管１１を経由し
てカソード６に供給する空気と、配管１２を経由して供
給する燃焼用空気との２系統の空気を供給する必要があ
り、このため空気ブロワー１の動力エネルギーが増加し
発電効率が低下する。
システムでは、空気ブロワー１により配管１１を経由し
てカソード６に供給する空気と、配管１２を経由して供
給する燃焼用空気との２系統の空気を供給する必要があ
り、このため空気ブロワー１の動力エネルギーが増加し
発電効率が低下する。
【００１０】また、改質器２は改質触媒を配置した改質
部に加え、燃焼加熱のためにバーナを必要とするため改
質器そのものが大きくなり、改質部に供給する水蒸気発
生用の装置すなわち水蒸気発生器も別途必要とするな
ど、どうしても装置規模が大きくならざるを得なかっ
た。
部に加え、燃焼加熱のためにバーナを必要とするため改
質器そのものが大きくなり、改質部に供給する水蒸気発
生用の装置すなわち水蒸気発生器も別途必要とするな
ど、どうしても装置規模が大きくならざるを得なかっ
た。
【００１１】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
ものであり、水蒸気改質型改質器およびＣＯ変成器を備
えた固体高分子型燃料電池システムにおいて、カソード
オフガスを改質器における燃料ガス燃焼用として利用す
ることにより空気ブロワーの動力エネルギーを低減し、
発電効率を向上させることを目的とする。またその際、
改質器の燃焼部を小型化し、改質器をコンパクト化する
ことを目的とする。
ものであり、水蒸気改質型改質器およびＣＯ変成器を備
えた固体高分子型燃料電池システムにおいて、カソード
オフガスを改質器における燃料ガス燃焼用として利用す
ることにより空気ブロワーの動力エネルギーを低減し、
発電効率を向上させることを目的とする。またその際、
改質器の燃焼部を小型化し、改質器をコンパクト化する
ことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明（１）は、上記目
的を達成するために、水蒸気改質型改質器およびＣＯ変
成器を備えた固体高分子型燃料電池システムにおいて、
アノードオフガスをＣＯ変成器の冷却媒体に使用した
後、前記改質器の加熱用燃料として使用し、カソードオ
フガスを前記改質器の燃焼用空気として使用するように
してなることを特徴とする。
的を達成するために、水蒸気改質型改質器およびＣＯ変
成器を備えた固体高分子型燃料電池システムにおいて、
アノードオフガスをＣＯ変成器の冷却媒体に使用した
後、前記改質器の加熱用燃料として使用し、カソードオ
フガスを前記改質器の燃焼用空気として使用するように
してなることを特徴とする。
【００１３】また、本発明（２）は、上記目的を達成す
るために、水蒸気改質型改質器およびＣＯ変成器を備え
た固体高分子型燃料電池システムにおいて、カソードオ
フガスをＣＯ変成器の冷却媒体に使用した後、前記改質
器の燃焼用空気として使用し、アノードオフガスを前記
改質器の加熱用燃料として使用するようにしてなること
を特徴とする。
るために、水蒸気改質型改質器およびＣＯ変成器を備え
た固体高分子型燃料電池システムにおいて、カソードオ
フガスをＣＯ変成器の冷却媒体に使用した後、前記改質
器の燃焼用空気として使用し、アノードオフガスを前記
改質器の加熱用燃料として使用するようにしてなること
を特徴とする。
【００１４】さらに本発明（３）においては、上記発明
（１）および（２）の電池システムにおいて、燃焼触媒
を用いた燃焼により前記改質器を加熱するようにしてな
ることを特徴とし、また本発明（４）においては、上記
発明（１）ないし（３）の電池システムにおいて、ＣＯ
変成器の出口温度を１００〜１５０℃の範囲とすること
を特徴とする。
（１）および（２）の電池システムにおいて、燃焼触媒
を用いた燃焼により前記改質器を加熱するようにしてな
ることを特徴とし、また本発明（４）においては、上記
発明（１）ないし（３）の電池システムにおいて、ＣＯ
変成器の出口温度を１００〜１５０℃の範囲とすること
を特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、図１〜図２におい
て、図６に示す従来例と同じ部材については同一番号を
付し、説明を適宜省略している。
て図面を参照して説明する。なお、図１〜図２におい
て、図６に示す従来例と同じ部材については同一番号を
付し、説明を適宜省略している。
【００１６】《実施の形態１》図１は本発明の第１の実
施の形態を示し、本発明（１）、（３）および（４）の
内容を包含している。図１に示すように、燃料電池とし
て固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）を用いるシステム
である。該システムは、空気ブロワー１、アノード５と
カソード６を有する燃料電池４、改質器２、ＣＯ変成器
３、ＣＯ選択酸化器（図示は省略しているが、ＣＯ変成
器３とアノード５の間に配置される、以下同じ）、原料
ガスライン１３、水蒸気ライン１４、カソード６と改質
器２を連絡する配管７、アノード５と改質器２を連絡す
る配管８、改質器２とＣＯ変成器３を連絡する配管９、
ＣＯ選択酸化器を経由してＣＯ変成器３とアノード５を
連絡する配管１０、空気ブロワー１とカソード６を連絡
する配管１１より構成されている。
施の形態を示し、本発明（１）、（３）および（４）の
内容を包含している。図１に示すように、燃料電池とし
て固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）を用いるシステム
である。該システムは、空気ブロワー１、アノード５と
カソード６を有する燃料電池４、改質器２、ＣＯ変成器
３、ＣＯ選択酸化器（図示は省略しているが、ＣＯ変成
器３とアノード５の間に配置される、以下同じ）、原料
ガスライン１３、水蒸気ライン１４、カソード６と改質
器２を連絡する配管７、アノード５と改質器２を連絡す
る配管８、改質器２とＣＯ変成器３を連絡する配管９、
ＣＯ選択酸化器を経由してＣＯ変成器３とアノード５を
連絡する配管１０、空気ブロワー１とカソード６を連絡
する配管１１より構成されている。
【００１７】本実施の形態１の特徴は、アノードオフガ
スでＣＯ変成器３を冷却するために、アノード５からＣ
Ｏ変成器３を経由して改質器２に連絡する配管８を備え
た点、カソード６から改質器２に連絡する配管７を備え
た点、および従来のシステムでは必要であった、空気ブ
ロワー１からＣＯ変成器３を経由して改質器２に連絡し
ていた配管１２（図６参照）を不要とした点である。こ
れによりカソードオフガスを有効に利用し、空気ブロワ
ー動力を低減させ、発電効率を向上させることができ
る。
スでＣＯ変成器３を冷却するために、アノード５からＣ
Ｏ変成器３を経由して改質器２に連絡する配管８を備え
た点、カソード６から改質器２に連絡する配管７を備え
た点、および従来のシステムでは必要であった、空気ブ
ロワー１からＣＯ変成器３を経由して改質器２に連絡し
ていた配管１２（図６参照）を不要とした点である。こ
れによりカソードオフガスを有効に利用し、空気ブロワ
ー動力を低減させ、発電効率を向上させることができ
る。
【００１８】このシステムにおいて、原料ガスライン１
３より炭化水素系の原料ガスが、水蒸気ライン１４によ
る水蒸気とともに改質器２に供給され、ここで７００℃
程度に加熱されて水素リッチな改質ガスに改質される。
改質器２には改質触媒が充填配置される。改質触媒とし
ては例えばアルミナなどの担体にＮｉ、Ｒｕなどの金属
を担持した触媒が使用される。この時の反応は前記式
（１）のとおりである。
３より炭化水素系の原料ガスが、水蒸気ライン１４によ
る水蒸気とともに改質器２に供給され、ここで７００℃
程度に加熱されて水素リッチな改質ガスに改質される。
改質器２には改質触媒が充填配置される。改質触媒とし
ては例えばアルミナなどの担体にＮｉ、Ｒｕなどの金属
を担持した触媒が使用される。この時の反応は前記式
（１）のとおりである。
【００１９】改質器２で生成した改質ガスは配管９を通
りＣＯ変成器に送られる。ＣＯ変成器は、通常２００〜
２５０℃で作動されるが、本発明においてはＣＯ変成器
に続くＣＯ選択酸化器の作動温度１００〜１５０℃に合
わせて、１００〜１５０℃の範囲の出口温度で実施され
る。この時の反応は前記式（２）のとおりである。ここ
で改質ガスはガス中のＣＯが０．５％程度に低減され、
さらにＣＯ選択酸化器を経由して１００ｐｐｍ程度以下
まで低減され、配管１０を通って燃料電池４のアノード
５へ送られ、燃料電池４により発電に使用される。アノ
ード５において発電に使用される改質ガス中の水素の利
用率は７５％程度であり、残りの２５％程度はアノード
オフガスとなるが、このオフガス中にはそのＨ2のほ
か、ＣＨ4が含まれているので、これを配管８により改
質器２に送って改質反応に必要な加熱を行うための燃料
として利用する。その際、アノード５から排出されるオ
フガスの温度は７０℃程度であるので、該オフガスを配
管８を経由してＣＯ変成器３に送って該ＣＯ変成器３を
冷却し、次いで上記のように改質器２に送り、燃料とし
て該改質器２の加熱用に使用する。
りＣＯ変成器に送られる。ＣＯ変成器は、通常２００〜
２５０℃で作動されるが、本発明においてはＣＯ変成器
に続くＣＯ選択酸化器の作動温度１００〜１５０℃に合
わせて、１００〜１５０℃の範囲の出口温度で実施され
る。この時の反応は前記式（２）のとおりである。ここ
で改質ガスはガス中のＣＯが０．５％程度に低減され、
さらにＣＯ選択酸化器を経由して１００ｐｐｍ程度以下
まで低減され、配管１０を通って燃料電池４のアノード
５へ送られ、燃料電池４により発電に使用される。アノ
ード５において発電に使用される改質ガス中の水素の利
用率は７５％程度であり、残りの２５％程度はアノード
オフガスとなるが、このオフガス中にはそのＨ2のほ
か、ＣＨ4が含まれているので、これを配管８により改
質器２に送って改質反応に必要な加熱を行うための燃料
として利用する。その際、アノード５から排出されるオ
フガスの温度は７０℃程度であるので、該オフガスを配
管８を経由してＣＯ変成器３に送って該ＣＯ変成器３を
冷却し、次いで上記のように改質器２に送り、燃料とし
て該改質器２の加熱用に使用する。
【００２０】一方、空気ブロワー１により配管１１を経
由してカソード６に送られる空気は、アノード５に供給
される改質ガス中の水素と反応して燃料電池４で発電す
る。カソード６から排出されるカソードオフガスは配管
７を経由して改質器２に送られ、燃料燃焼用の空気とし
て使用される。この場合、カソードオフガスは、酸素濃
度が空気より低いためバーナによる燃焼用としては十分
でなく、このため改質器２の加熱部に燃焼触媒を配置し
て、その触媒作用を利用して燃焼させるのが好ましい。
燃焼触媒としてはカソードオフガスによりアノードオフ
ガスを燃焼させ得る触媒であれは使用でき、例えば白金
等の貴金属触媒が使用される。
由してカソード６に送られる空気は、アノード５に供給
される改質ガス中の水素と反応して燃料電池４で発電す
る。カソード６から排出されるカソードオフガスは配管
７を経由して改質器２に送られ、燃料燃焼用の空気とし
て使用される。この場合、カソードオフガスは、酸素濃
度が空気より低いためバーナによる燃焼用としては十分
でなく、このため改質器２の加熱部に燃焼触媒を配置し
て、その触媒作用を利用して燃焼させるのが好ましい。
燃焼触媒としてはカソードオフガスによりアノードオフ
ガスを燃焼させ得る触媒であれは使用でき、例えば白金
等の貴金属触媒が使用される。
【００２１】図３は改質器に燃焼触媒を配置した態様例
を模式的に示す図で、概略、燃焼触媒を配置した加熱部
と改質触媒を配置した改質部とにより構成される。燃焼
触媒を配置した加熱部での空気による燃料ガスの燃焼に
より発生した燃焼熱（△Ｈ）が改質部に供給され、改質
部で原料ガスが水蒸気と反応して改質ガスが生成され
る。実施の形態１では、改質器の加熱部における燃料ガ
ス燃焼用の空気としてカソードオフガスを利用する。
を模式的に示す図で、概略、燃焼触媒を配置した加熱部
と改質触媒を配置した改質部とにより構成される。燃焼
触媒を配置した加熱部での空気による燃料ガスの燃焼に
より発生した燃焼熱（△Ｈ）が改質部に供給され、改質
部で原料ガスが水蒸気と反応して改質ガスが生成され
る。実施の形態１では、改質器の加熱部における燃料ガ
ス燃焼用の空気としてカソードオフガスを利用する。
【００２２】上記燃焼触媒を配置した改質器では、前記
従来のようにバーナを配置した場合に比べて、同一性能
で、装置の規模を大幅に小さくすることができる。図４
はその一例を示すもので、本発明者により本発明と相前
後して開発されたものである。この改質器によれば、同
一性能で、装置規模を大幅に小さくできるだけでなく、
改質器内で改質に必要な水蒸気そのものも発生させるの
で、従来では別途必要であった水蒸気発生器を必要とし
ない。なお、図４中、１５〜１８は４重管の各管、１９
は水流通用中空コイル、２０は内管１７に設けられた連
通孔、２１は内管１５に設けられた連通孔である。
従来のようにバーナを配置した場合に比べて、同一性能
で、装置の規模を大幅に小さくすることができる。図４
はその一例を示すもので、本発明者により本発明と相前
後して開発されたものである。この改質器によれば、同
一性能で、装置規模を大幅に小さくできるだけでなく、
改質器内で改質に必要な水蒸気そのものも発生させるの
で、従来では別途必要であった水蒸気発生器を必要とし
ない。なお、図４中、１５〜１８は４重管の各管、１９
は水流通用中空コイル、２０は内管１７に設けられた連
通孔、２１は内管１５に設けられた連通孔である。
【００２３】《実施の形態２》図２は本発明の第２の実
施の形態を示し、本発明（２）〜（４）の内容を包含し
ている。なお、第１の実施の形態と共通する事項につい
ては適宜記載を省略している。本実施の形態２は、アノ
ードオフガスを配管８により直接改質器２に送って、Ｃ
Ｏ変成器３の冷却には使用せず、配管７によりカソード
オフガスをＣＯ変成器３に送ってこれを冷却した後、改
質器の燃料燃焼用に用いる点、および第１の実施の形態
の場合と同じく、従来のシステムでは必要であった、空
気ブロワー１からＣＯ変成器３を経由して改質器２に連
絡していた配管１２（図６参照）を不要とした点であ
る。これによりカソードオフガスを有効に利用し、空気
ブロワー動力を低減させ、発電効率を向上させることが
できる。
施の形態を示し、本発明（２）〜（４）の内容を包含し
ている。なお、第１の実施の形態と共通する事項につい
ては適宜記載を省略している。本実施の形態２は、アノ
ードオフガスを配管８により直接改質器２に送って、Ｃ
Ｏ変成器３の冷却には使用せず、配管７によりカソード
オフガスをＣＯ変成器３に送ってこれを冷却した後、改
質器の燃料燃焼用に用いる点、および第１の実施の形態
の場合と同じく、従来のシステムでは必要であった、空
気ブロワー１からＣＯ変成器３を経由して改質器２に連
絡していた配管１２（図６参照）を不要とした点であ
る。これによりカソードオフガスを有効に利用し、空気
ブロワー動力を低減させ、発電効率を向上させることが
できる。
【００２４】実施の形態２では、原料ガスライン１３に
より炭化水素系の原料ガスが、水蒸気ライン１４からの
水蒸気とともに改質器２に供給されて７００℃程度に加
熱され、水素リッチな改質ガスに改質される。改質器２
で生成した改質ガスは配管９を通ってＣＯ変成器３に送
られる。ここで改質ガスはガス中のＣＯが０．５％程度
に低減され、さらにＣＯ選択酸化器（図示は省略してい
るが、配置箇所等は前述のとおりである）で１００ｐｐ
ｍ程度以下まで低減され、配管１０を通って燃料電池４
のアノード５へ送られ、改質ガス中の水素が燃料電池４
での発電用燃料として使用される。
より炭化水素系の原料ガスが、水蒸気ライン１４からの
水蒸気とともに改質器２に供給されて７００℃程度に加
熱され、水素リッチな改質ガスに改質される。改質器２
で生成した改質ガスは配管９を通ってＣＯ変成器３に送
られる。ここで改質ガスはガス中のＣＯが０．５％程度
に低減され、さらにＣＯ選択酸化器（図示は省略してい
るが、配置箇所等は前述のとおりである）で１００ｐｐ
ｍ程度以下まで低減され、配管１０を通って燃料電池４
のアノード５へ送られ、改質ガス中の水素が燃料電池４
での発電用燃料として使用される。
【００２５】一方、空気ブロワー１により配管１１を経
由してカソード６に送られる空気は、アノード５に供給
された改質ガス中の水素との反応により発電する。７０
℃程度のカソードオフガスは配管７を経由してＣＯ変成
器３に送られ、該ＣＯ変成器３を冷却し、その後改質器
２に送られ燃料ガス燃焼用の空気として使用される。改
質器２における燃焼加熱には、前記実施の形態１の場合
と同様、燃焼触媒を使用する。
由してカソード６に送られる空気は、アノード５に供給
された改質ガス中の水素との反応により発電する。７０
℃程度のカソードオフガスは配管７を経由してＣＯ変成
器３に送られ、該ＣＯ変成器３を冷却し、その後改質器
２に送られ燃料ガス燃焼用の空気として使用される。改
質器２における燃焼加熱には、前記実施の形態１の場合
と同様、燃焼触媒を使用する。
【００２６】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明が実施例に限定されないことはもち
ろんである。本実施例では図２に示す装置を用い、比較
例として従来の装置である図６の装置を用いた。ここで
の改質器として図４に示す装置を用い、ＣＯ変成器とし
て図５に示す装置を用い、ＣＯ変成器とＰＥＦＣとの間
にＣＯ選択酸化器を配置した。改質器は、外径１５０ｍ
ｍ、各管の高さ３５０ｍｍの装置であり、改質触媒とし
て市販の改質触媒（アルミナにＮｉを担持させた触媒）
を充填し、燃焼触媒として市販の燃焼触媒（アルミナに
Ｐｔを担持させた触媒）を充填した。またＣＯ変成器
は、外径８０ｍｍ、高さ３００ｍｍであり、変成触媒と
して市販の変成触媒（銅ー亜鉛系触媒）を充填して用
い、ＣＯ選択酸化器には市販のＣＯ選択酸化触媒（アル
ミナにＲｕを担持させた触媒）を充填して用いた。
説明するが、本発明が実施例に限定されないことはもち
ろんである。本実施例では図２に示す装置を用い、比較
例として従来の装置である図６の装置を用いた。ここで
の改質器として図４に示す装置を用い、ＣＯ変成器とし
て図５に示す装置を用い、ＣＯ変成器とＰＥＦＣとの間
にＣＯ選択酸化器を配置した。改質器は、外径１５０ｍ
ｍ、各管の高さ３５０ｍｍの装置であり、改質触媒とし
て市販の改質触媒（アルミナにＮｉを担持させた触媒）
を充填し、燃焼触媒として市販の燃焼触媒（アルミナに
Ｐｔを担持させた触媒）を充填した。またＣＯ変成器
は、外径８０ｍｍ、高さ３００ｍｍであり、変成触媒と
して市販の変成触媒（銅ー亜鉛系触媒）を充填して用
い、ＣＯ選択酸化器には市販のＣＯ選択酸化触媒（アル
ミナにＲｕを担持させた触媒）を充填して用いた。
【００２７】実施例での条件は、原料ガス（脱硫済み都
市ガスを使用）流量１３．４ｍｏｌ／ｈ、スチーム流量
４２．８ｍｏｌ／ｈ、空気流量１６８．４ｍｏｌ／ｈ、
カソードオフガス流量１５０．７ｍｏｌ／ｈ（そのうち
１０７．１ｍｏｌ／ｈをＣＯ変成器の冷却および改質器
での燃料ガスの燃焼用に使用した）とし、アノードオフ
ガスを改質器の燃料ガスに用いた。空気ブロワー動力
（大気圧から０．９ｋｇ/ｃｍ2Ｇまで昇圧したとき）
０．０５４ｋＷ、改質器温度７００℃、ＣＯ変成器出口
温度１２０℃とした。ここでスチーム比は３．０であ
る。また、カソードオフガスの組成は、ほぼＯ2＝１
０．４％、Ｎ2＝８９．６％程度であり、アノードオフ
ガスの組成は、ほぼＨ2＝４２．６％、ＣＨ4＝１２．５
％、ＣＯ2＝４４．９％程度である。
市ガスを使用）流量１３．４ｍｏｌ／ｈ、スチーム流量
４２．８ｍｏｌ／ｈ、空気流量１６８．４ｍｏｌ／ｈ、
カソードオフガス流量１５０．７ｍｏｌ／ｈ（そのうち
１０７．１ｍｏｌ／ｈをＣＯ変成器の冷却および改質器
での燃料ガスの燃焼用に使用した）とし、アノードオフ
ガスを改質器の燃料ガスに用いた。空気ブロワー動力
（大気圧から０．９ｋｇ/ｃｍ2Ｇまで昇圧したとき）
０．０５４ｋＷ、改質器温度７００℃、ＣＯ変成器出口
温度１２０℃とした。ここでスチーム比は３．０であ
る。また、カソードオフガスの組成は、ほぼＯ2＝１
０．４％、Ｎ2＝８９．６％程度であり、アノードオフ
ガスの組成は、ほぼＨ2＝４２．６％、ＣＨ4＝１２．５
％、ＣＯ2＝４４．９％程度である。
【００２８】また、比較例での条件は、空気ブロワー１
からの空気を配管１２によりＣＯ変成器の冷却および改
質器での燃料ガスの燃焼用に使用し、カソードへの空気
と合わせて、空気ブロワー動力を０．０７３ｋＷとした
以外は上記と同じくした。この結果、比較例での発電効
率（原料都市ガスの熱量に対する発電量）は３０．２％
であったのに対して、実施例での発電効率は３１．１％
に上昇した。この点、本システムが長期間にわたり、繰
り返し使用されることを考慮すると、本発明による効果
は明らかである。
からの空気を配管１２によりＣＯ変成器の冷却および改
質器での燃料ガスの燃焼用に使用し、カソードへの空気
と合わせて、空気ブロワー動力を０．０７３ｋＷとした
以外は上記と同じくした。この結果、比較例での発電効
率（原料都市ガスの熱量に対する発電量）は３０．２％
であったのに対して、実施例での発電効率は３１．１％
に上昇した。この点、本システムが長期間にわたり、繰
り返し使用されることを考慮すると、本発明による効果
は明らかである。
【００２９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、アノードオフガス又はカソードオフガスをＣＯ変成
器に送って該ＣＯ変成器を冷却し、またアノードオフガ
スを改質器における加熱用燃料として利用し、カソード
オフガスを改質器における燃料燃焼用として利用するこ
とにより、空気ブロワー動力を低減させ、発電効率を向
上させることができる。また、カソードオフガスを改質
器における燃料燃焼用に利用するに際して燃焼触媒を使
用することにより、改質器の燃焼部が小型化でき、改質
器をコンパクト化することができる。
は、アノードオフガス又はカソードオフガスをＣＯ変成
器に送って該ＣＯ変成器を冷却し、またアノードオフガ
スを改質器における加熱用燃料として利用し、カソード
オフガスを改質器における燃料燃焼用として利用するこ
とにより、空気ブロワー動力を低減させ、発電効率を向
上させることができる。また、カソードオフガスを改質
器における燃料燃焼用に利用するに際して燃焼触媒を使
用することにより、改質器の燃焼部が小型化でき、改質
器をコンパクト化することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す図。
【図３】改質器に燃焼触媒を配置した態様例を模式的に
示す図。
示す図。
【図４】燃焼触媒を配置した改質器一例を示す図。
【図５】実施例で用いたＣＯ変成器を示す図。
【図６】従来の水蒸気改質方式の改質器およびＣＯ変成
器を備えた固体高分子型燃料電池システムを示す図。
器を備えた固体高分子型燃料電池システムを示す図。
【図７】従来の改質器２の態様例を示した図。
１・・・空気ブロワー ２・・・改質器 ３・・・ＣＯ変成器 ４・・・燃料電池 ５・・・アノード ６・・・カソード ７、８、９、１０、１１、１２・・・配管 １３・・・原料ガスライン １４・・・水蒸気ライン １５〜１８・・・４重管の各管 １９・・・水流通用中空コイル ２０、２１・・・連通孔
Claims (4)
- 【請求項１】水蒸気改質型改質器およびＣＯ変成器を備
えた固体高分子型燃料電池システムにおいて、アノード
オフガスをＣＯ変成器の冷却媒体に使用した後、前記改
質器の加熱用燃料として使用し、カソードオフガスを前
記改質器の燃料燃焼用として使用するようにしてなるこ
とを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項２】水蒸気改質型改質器およびＣＯ変成器を備
えた固体高分子型燃料電池システムにおいて、カソード
オフガスをＣＯ変成器の冷却媒体に使用した後、前記改
質器の燃料燃焼用として使用し、アノードオフガスを前
記改質器の加熱用燃料として使用するようにしてなるこ
とを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項３】燃焼触媒を用いた燃焼により前記改質器を
加熱するようにしてなることを特徴とする請求項１また
は２に記載の燃料電池システム。 - 【請求項４】前記ＣＯ変成器の出口温度を１００〜１５
０℃の範囲とすることを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載の燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000005289A JP2001189162A (ja) | 2000-01-05 | 2000-01-05 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000005289A JP2001189162A (ja) | 2000-01-05 | 2000-01-05 | 燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001189162A true JP2001189162A (ja) | 2001-07-10 |
Family
ID=18533970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000005289A Pending JP2001189162A (ja) | 2000-01-05 | 2000-01-05 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001189162A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004288434A (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Nippon Oil Corp | 水素製造装置および燃料電池システム |
| US7405016B2 (en) | 2001-08-28 | 2008-07-29 | Nucellsys Gmbh | Apparatus for supplying an oxygen-containing gas to a fuel cell system |
| JP2010014302A (ja) * | 2008-07-02 | 2010-01-21 | Toyota Motor Corp | 着失火検出装置および着失火検出方法 |
| JP2010033907A (ja) * | 2008-07-29 | 2010-02-12 | Toshiba Corp | 燃料電池コージェネレーションシステム |
| JP2010257823A (ja) * | 2009-04-27 | 2010-11-11 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システムの燃焼装置 |
-
2000
- 2000-01-05 JP JP2000005289A patent/JP2001189162A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7405016B2 (en) | 2001-08-28 | 2008-07-29 | Nucellsys Gmbh | Apparatus for supplying an oxygen-containing gas to a fuel cell system |
| JP2004288434A (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Nippon Oil Corp | 水素製造装置および燃料電池システム |
| JP4520100B2 (ja) * | 2003-03-20 | 2010-08-04 | 新日本石油株式会社 | 水素製造装置および燃料電池システム |
| JP2010014302A (ja) * | 2008-07-02 | 2010-01-21 | Toyota Motor Corp | 着失火検出装置および着失火検出方法 |
| JP2010033907A (ja) * | 2008-07-29 | 2010-02-12 | Toshiba Corp | 燃料電池コージェネレーションシステム |
| JP2010257823A (ja) * | 2009-04-27 | 2010-11-11 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システムの燃焼装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040809 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050208 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050628 |