JP2005056735A - Fuel cell power generation system - Google Patents

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武志 小松
Tetsuo Take
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-efficiency fuel cell power generation system capable of continuing stable power generation through restraint of shortage of vapor needed for vapor reforming reaction of fuel. <P>SOLUTION: In the fuel cell power generation system provided with a desulfurizer 2 desulfurizing natural gas as fuel, a reformer 3 making vapor reforming reaction of the fuel, a CO shift converter 4 making aqueous shift reaction of exhaust gas of the reformer 3, a CO-selective oxidation unit 5 oxidizing carbon monoxide in exhaust gas of the CO shift converter 4 and converting it to carbon dioxide, a solid polymer fuel cell stack 9 using exhaust gas of the CO-selective oxidizing unit 5 as fuel, a solid oxide fuel cell stack 57 using exhaust gas of the reformer 3 as fuel, and a combustor 92 burning exhaust gas of a fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, part of combustor exhaust gas 93 is supplied to the reformer 3 as vapor source. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料の水蒸気改質反応を利用する燃料電池発電システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell power generation system using a steam reforming reaction of fuel.

燃料の水蒸気改質反応を利用して発電する燃料電池発電システムが開発され、その実例については、下記非特許文献１に説明されている。   A fuel cell power generation system that generates power using a steam reforming reaction of fuel has been developed, and an example thereof is described in Non-Patent Document 1 below.

図１９は、二種類の燃料電池セルスタックを組み合わせて高効率な発電を行う従来の燃料電池発電システムを示す構成図である。図１９に示した従来の燃料電池発電システムでは、第一の燃料電池セルスタックとして固体酸化物形燃料電池セルスタックを用い、第二の燃料電池セルスタックとして固体高分子形燃料電池セルスタックを用いている。図１９に示した従来の燃料電池発電システムの主な構成要素は、脱硫器２、改質器３、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７、ＣＯシフトコンバータ４、ＣＯ選択酸化器５、凝縮器３９、固体高分子形燃料電池セルスタック９、出力調整器２０、８６、流量制御弁１０等、空気供給用ブロア１３、燃焼器９２及び配管類である。   FIG. 19 is a configuration diagram illustrating a conventional fuel cell power generation system that performs high-efficiency power generation by combining two types of fuel cell stacks. In the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, a solid oxide fuel cell stack is used as the first fuel cell stack, and a polymer electrolyte fuel cell stack is used as the second fuel cell stack. ing. The main components of the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19 are a desulfurizer 2, a reformer 3, a solid oxide fuel cell stack 57, a CO shift converter 4, a CO selective oxidizer 5, and a condenser. 39, the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the output regulators 20, 86, the flow rate control valve 10, etc., the air supply blower 13, the combustor 92, and the piping.

図１９において、１は燃料である天然ガス、２は脱硫器、３は改質器、４はＣＯシフトコンバータ、５はＣＯ選択酸化器、６は燃料極、７は固体高分子電解質、８は空気極、９は第二の燃料電池セルスタックである固体高分子形燃料電池セルスタックであり、この固体高分子形燃料電池セルスタック９は燃料極６、固体高分子電解質７及び空気極８を構成要素とする。１０は固体高分子形燃料電池セルスタック用空気３２の供給量を制御する流量制御弁、１１はＣＯ選択酸化器用空気３３の供給量を制御する流量制御弁、１３は空気供給用ブロア、１７は固体高分子形燃料電池セルスタック９から排出される空気極排出ガス、１８は空気、１９は固体高分子形燃料電池セルスタック９から排出される燃料極排出ガス、２０は出力調整器、２１は負荷、２２は燃料電池直流出力、２３は送電端交流出力、２５はＣＯ選択酸化器５の排出ガスである、一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させた改質ガス、２６はＣＯシフトコンバータ４の排出ガスである、一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた改質ガス、２７は水素豊富な改質ガス、２８は改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス、２９は脱硫天然ガス、３２は固体高分子形燃料電池セルスタック用空気、３３はＣＯ選択酸化器用空気、３７は燃料である天然ガス１の供給量を制御する流量制御弁、３８は未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス、３９は凝縮器、４０は電池反応による生成水、４１は凝縮水、５０は脱硫器リサイクル用改質ガス、５１は脱硫器リサイクル用改質ガス５０の供給量を制御する流量制御弁、５２はＣＯ選択酸化器用改質ガス、５４は燃料極、５５は固体酸化物電解質、５６は空気極、５７は第一の燃料電池セルスタックである固体酸化物形燃料電池セルスタックであり、この固体酸化物形燃料電池セルスタック５７は燃料極５４、固体酸化物電解質５５及び空気極５６を構成要素とする。５８は固体酸化物形燃料電池セルスタック用空気、５９は改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量を制御する流量制御弁、６０は燃料極５４から排出され改質器リサイクルに用いられる改質器リサイクル用燃料極排出ガス、６１は燃料極５４から排出されるすべての燃料極排出ガスであり、この燃料極排出ガス６１は改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０と燃焼器用燃料極排出ガス６４とに分配される。６２は固体酸化物形燃料電池セルスタック用空気５８の供給量を制御する流量制御弁、６３は空気極５６から排出される空気極排出ガス、６４は燃焼器用燃料極排出ガス、７４は水素豊富な改質ガス２７のＣＯシフトコンバータ４への供給量を制御する流量制御弁、７５は水素豊富な改質ガス２７の固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への供給量を制御する流量制御弁、８６は出力調整器、８７は負荷、８８は燃料電池直流出力、８９は送電端交流出力、９０は燃焼器用空気９１の燃焼器９２への供給量を制御する流量制御弁、９１は燃焼器用空気、９２は燃焼器、９３は燃焼器排出ガスある。   In FIG. 19, 1 is a natural gas as a fuel, 2 is a desulfurizer, 3 is a reformer, 4 is a CO shift converter, 5 is a CO selective oxidizer, 6 is a fuel electrode, 7 is a solid polymer electrolyte, and 8 is An air electrode 9 is a polymer electrolyte fuel cell stack which is a second fuel cell stack. The polymer electrolyte fuel cell stack 9 includes a fuel electrode 6, a solid polymer electrolyte 7 and an air electrode 8. It is a component. 10 is a flow rate control valve for controlling the supply amount of the solid polymer fuel cell stack air 32, 11 is a flow rate control valve for controlling the supply amount of the CO selective oxidizer air 33, 13 is an air supply blower, and 17 is Air electrode exhaust gas discharged from the polymer electrolyte fuel cell stack 9, 18 is air, 19 is fuel electrode exhaust gas discharged from the polymer electrolyte fuel cell stack 9, 20 is an output regulator, 21 is Load, 22 is a fuel cell DC output, 23 is a power transmission end AC output, 25 is an exhaust gas of the CO selective oxidizer 5, a reformed gas whose carbon monoxide concentration is reduced to the ppm order, and 26 is a CO shift converter 4 A reformed gas with a carbon monoxide concentration reduced to 1% or less, 27 a reformed gas rich in hydrogen, 28 a mixed gas of a reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas, 2 Is desulfurized natural gas, 32 is air for polymer electrolyte fuel cell stack, 33 is air for CO selective oxidizer, 37 is a flow control valve for controlling the supply amount of natural gas 1 as fuel, and 38 is unreacted water vapor. Condensed reformed gas, 39 is a condenser, 40 is water produced by a battery reaction, 41 is condensed water, 50 is a reformed gas for recycling a desulfurizer, 51 is a control for supplying the reformed gas 50 for desulfurizer recycling A flow control valve 52, a reformed gas for a CO selective oxidizer, 54 a fuel electrode, 55 a solid oxide electrolyte, 56 an air electrode, and 57 a solid oxide fuel cell which is a first fuel cell stack This solid oxide fuel cell stack 57 is composed of a fuel electrode 54, a solid oxide electrolyte 55 and an air electrode 56. 58 is air for the solid oxide fuel cell stack, 59 is a flow rate control valve for controlling the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 60 for reformer recycling, and 60 is discharged from the fuel electrode 54 and used for reformer recycling. Reformer recycling fuel electrode exhaust gas 61 is all the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode 54. This fuel electrode exhaust gas 61 is the reformer recycling fuel electrode exhaust gas 60 and the combustor fuel electrode. It is distributed to the exhaust gas 64. 62 is a flow rate control valve for controlling the supply amount of the air 58 for the solid oxide fuel cell stack, 63 is the air electrode exhaust gas discharged from the air electrode 56, 64 is the fuel electrode exhaust gas for the combustor, and 74 is rich in hydrogen The flow rate control valve 75 controls the supply amount of the reformed gas 27 to the CO shift converter 4, and 75 controls the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. A flow control valve, 86 an output regulator, 87 a load, 88 a fuel cell DC output, 89 a power transmission end AC output, 90 a flow control valve for controlling the amount of combustor air 91 supplied to the combustor 92, 91 is combustor air, 92 is a combustor, and 93 is a combustor exhaust gas.

なお、上記「水素豊富」は、電池反応によって発電に寄与するに足りる濃度の水素を含有することを意味する。   Note that the above-mentioned “hydrogen rich” means containing hydrogen at a concentration sufficient to contribute to power generation by a battery reaction.

図１９において、固体高分子形燃料電池スタック９が一組の燃料極６、固体高分子電解質７及び空気極８からなる単セルによって構成されているように示されているが、実際には、固体高分子形燃料電池セルスタック９は、複数の単セルから構成されている。同様に、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７も一組の燃料極５４、固体酸化物電解質５５及び空気極５６からなる単セルによって構成されているように示されているが、実際には、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７は、複数の単セルから構成されている。   In FIG. 19, the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is shown as being constituted by a single cell comprising a set of fuel electrode 6, solid polymer electrolyte 7 and air electrode 8. The polymer electrolyte fuel cell stack 9 is composed of a plurality of single cells. Similarly, the solid oxide fuel cell stack 57 is shown as being constituted by a single cell composed of a pair of fuel electrode 54, solid oxide electrolyte 55, and air electrode 56. The solid oxide fuel cell stack 57 is composed of a plurality of single cells.

以下、図１９を用いて、この従来の燃料電池発電システムの作用について説明する。燃料である天然ガス１を脱硫器２に供給する。燃料である天然ガス１の供給量は、予め設定された燃料電池直流出力２２の電池電流及び燃料電池直流出力８８の電池電流と流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁３７の開度を制御することによって、燃料電池直流出力２２の電池電流及び燃料電池直流出力８８の電池電流に見合った値に設定する。   Hereinafter, the operation of this conventional fuel cell power generation system will be described with reference to FIG. A natural gas 1 as a fuel is supplied to a desulfurizer 2. The supply amount of the natural gas 1 as the fuel is determined by the preset battery current of the fuel cell DC output 22 and the battery current of the fuel cell DC output 88 and the opening of the flow control valve 37 (that is, the natural gas 1 as the fuel). By controlling the opening degree of the flow rate control valve 37 based on the relationship of the supply amount), the flow current is set to a value commensurate with the battery current of the fuel cell DC output 22 and the battery current of the fuel cell DC output 88.

脱硫器２では、充填された脱硫触媒のコバルト−モリブデン系触媒と酸化亜鉛吸着剤の働きにより、改質器３の改質触媒と固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６及び固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４の電極触媒の劣化原因となる燃料である天然ガス１中のメルカプタン等の腐臭剤に含まれる硫黄成分を水素添加脱硫することにより吸着除去する。すなわち、コバルト−モリブデン系触媒により最初に硫黄と水素を反応させて硫化水素を生成させ、次にこの硫化水素と酸化亜鉛を反応させることによって硫化亜鉛を生成させ、硫黄分を除去する。硫化水素の生成に必要な水素を供給するために、ＣＯシフトコンバータ４から排出される水素豊富な一酸化炭素の濃度を１％以下に低減させた改質ガス２６の一部を、脱硫器リサイクル用改質ガス５０として脱硫器２にリサイクルする。脱硫器リサイクル用改質ガス５０の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、一燃料である天然ガス１の供給量）と流量制御弁５１の開度（すなわち、脱硫器リサイクル用改質ガス５０の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁５１の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に見合った値に設定する。硫化水素と酸化亜鉛とから硫化亜鉛が生成する反応は吸熱反応であり、反応に必要な反応熱は、後述する発熱反応であるＣＯシフトコンバータ４での水性シフト反応によって発生する熱をＣＯシフトコンバータ４から脱硫器２に供給することによってまかなう。   In the desulfurizer 2, the reformed catalyst of the reformer 3, the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, and the solid oxidation are acted on by the action of the cobalt-molybdenum-based catalyst and the zinc oxide adsorbent of the filled desulfurization catalyst. The sulfur component contained in the odorant such as mercaptan in the natural gas 1, which is the fuel that causes deterioration of the electrode catalyst of the fuel electrode 54 of the physical fuel cell stack 57, is removed by adsorption and desulfurization. That is, first, sulfur and hydrogen are reacted with a cobalt-molybdenum-based catalyst to generate hydrogen sulfide, and then this hydrogen sulfide and zinc oxide are reacted to generate zinc sulfide, thereby removing the sulfur content. In order to supply the hydrogen necessary for the production of hydrogen sulfide, a part of the reformed gas 26 in which the concentration of hydrogen-rich carbon monoxide discharged from the CO shift converter 4 is reduced to 1% or less is recycled to the desulfurizer. Is recycled to the desulfurizer 2 as the reformed gas 50 for use. The supply amount of the reforming gas 50 for recycling the desulfurizer includes the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as one fuel) and the opening degree of the flow control valve 51 (that is, desulfurization). Based on the relationship of the supply amount of the reforming gas 50 for recycler), the opening degree of the flow control valve 51 is controlled to set a value corresponding to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel. The reaction in which zinc sulfide is generated from hydrogen sulfide and zinc oxide is an endothermic reaction, and the reaction heat required for the reaction is the heat generated by the aqueous shift reaction in the CO shift converter 4 which is an exothermic reaction described later. 4 is supplied to the desulfurizer 2.

脱硫器２で脱硫された脱硫天然ガス２９は、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７で電池反応により生成した水蒸気を含む改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０と混合し、改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８として改質器３に供給する。改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）と流量制御弁５９の開度（すなわち、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁５９の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比（水蒸気の燃料である天然ガス中の炭素に対するモル比）が所定の値になるように設定する。   The desulfurized natural gas 29 desulfurized in the desulfurizer 2 is mixed with the reformer recycle fuel electrode exhaust gas 60 containing water vapor generated by the battery reaction in the solid oxide fuel cell stack 57 to be used for reformer recycle. It is supplied to the reformer 3 as a mixed gas 28 of fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. The supply amount of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas 60 includes the preset opening degree of the flow rate control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening degree of the flow rate control valve 59 (ie, the supply amount). Based on the relationship of the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 60 for reformer recycling), the degree of opening of the flow control valve 59 is controlled, so that the supply amount of the natural gas 1 as the fuel is for the reformer recycling. The steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas (molar ratio of water vapor to carbon in the natural gas as fuel) is set to a predetermined value.

改質器３では、充填された改質触媒の働きにより燃料である天然ガス１に含まれる炭化水素の水蒸気改質反応が行われ、水素豊富な改質ガス２７が作られる。燃料である天然ガス１の主成分であるメタンの水蒸気改質反応は下記（１）式で表される。
（メタンの水蒸気改質反応）
ＣＨ４ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ ＋ ３Ｈ２ （１）
この（１）式に示したメタンの水蒸気改質反応等の炭化水素の水蒸気改質反応は吸熱反応であり、効率的に水素を生成させるためには、改質器３の外部から必要な反応熱を供給し、改質器３の温度を７００〜７５０℃に維持することが必要である。このため、後述する改質器３の近傍に設置された８００〜１０００℃で発電を行う固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の高温排熱を、改質反応に必要な反応熱として改質器３に供給する。 In the reformer 3, the steam reforming reaction of hydrocarbons contained in the natural gas 1 as a fuel is performed by the action of the filled reforming catalyst, and the hydrogen-rich reformed gas 27 is produced. The steam reforming reaction of methane, which is the main component of natural gas 1 as fuel, is expressed by the following equation (1).
(Methane steam reforming reaction)
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (1)
The steam reforming reaction of hydrocarbon such as the steam reforming reaction of methane shown in the equation (1) is an endothermic reaction, and a reaction necessary from the outside of the reformer 3 to efficiently generate hydrogen. It is necessary to supply heat and maintain the temperature of the reformer 3 at 700 to 750 ° C. For this reason, the high-temperature exhaust heat of the solid oxide fuel cell stack 57 installed near the reformer 3 described later and generating power at 800 to 1000 ° C. is used as the reaction heat necessary for the reforming reaction. 3 is supplied.

改質器３で作られた水素豊富な改質ガス２７の一部は、ＣＯシフトコンバータ４に供給し、残りは、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する。ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量は、予め設定された燃料電池直流出力２２の電池電流と流量制御弁７４の開度（すなわち、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁７４の開度を制御することによって、燃料電池直流出力２２の電池電流に見合った値に設定する。一方、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量は、予め設定された燃料電池直流出力８８の電池電流と流量制御弁７５の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁７５の開度を制御することによって、燃料電池直流出力８８の電池電流に見合った値に設定する。   Part of the hydrogen-rich reformed gas 27 produced by the reformer 3 is supplied to the CO shift converter 4, and the rest is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. The supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the CO shift converter 4 is determined by the preset battery current of the fuel cell DC output 22 and the opening degree of the flow control valve 74 (that is, the hydrogen rich amount to the CO shift converter 4). Based on the relationship of the supply amount of the reformed gas 27), the opening degree of the flow control valve 74 is controlled to set a value corresponding to the battery current of the fuel cell DC output 22. On the other hand, the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 is determined by the preset battery current of the fuel cell DC output 88 and the opening degree of the flow control valve 75 ( That is, based on the relationship of the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57), the fuel cell direct current is controlled by controlling the opening degree of the flow control valve 75. A value corresponding to the battery current of the output 88 is set.

固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の空気極５６には、空気供給用ブロア１３を用いて取り込んだ空気１８の一部を、固体酸化物形燃料電池セルスタック用空気５８として供給する。固体酸化物形燃料電池セルスタック用空気５８の供給量は、予め設定した燃料電池直流出力８８の電池電流と流量制御弁６２の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック用空気５８の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁６２の開度を制御することによって、燃料電池直流出力８８の電池電流に見合った値に設定する。   A part of the air 18 taken in using the air supply blower 13 is supplied to the air electrode 56 of the solid oxide fuel cell stack 57 as solid oxide fuel cell stack air 58. The supply amount of the solid oxide fuel cell stack air 58 is determined based on the preset battery current of the fuel cell DC output 88 and the opening of the flow rate control valve 62 (that is, the solid oxide fuel cell stack air 58 By controlling the opening degree of the flow rate control valve 62 based on the relationship of the (supply amount), a value corresponding to the battery current of the fuel cell DC output 88 is set.

固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の空気極５６では、金属酸化物系電極触媒の働きで、固体酸化物形燃料電池用空気５８中の酸素が下記（２）式に示す空気極反応により電子と反応し酸素イオンに変わる。
（空気極反応）
１/２Ｏ２ ＋ ２ｅ− → Ｏ２− （２）
空気極５６で生成した酸素イオンは、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等の固体酸化物電解質５５の内部を移動し、燃料極５４に到達する。燃料極５４では、ニッケル−ＹＳＺサーメット、ルテニウム−ＹＳＺサーメット等の金属系電極触媒の働きで、空気極５６から固体酸化物電解質５５の内部を燃料極５４に移動してきた酸素イオンが、下記（３）式及び（４）式に示す反応により燃料極５４に供給された水素豊富な改質ガス２７中の水素及び一酸化炭素と反応し、水蒸気または二酸化炭素と電子が生成する。
（燃料極反応）
Ｈ２ ＋ Ｏ２− → Ｈ２Ｏ ＋ ２ｅ− （３）
ＣＯ ＋ Ｏ２− → ＣＯ２ ＋ ２ｅ− （４）
燃料極５４で生成した電子は、外部回路を移動し、空気極５６に到達する。空気極５６に到達した電子は、前述した（２）式に示した空気極反応により酸素と反応する。この電子が外部回路を移動する過程で、電気エネルギーを燃料電池直流出力８８として取り出すことができる。 In the air electrode 56 of the solid oxide fuel cell stack 57, oxygen in the solid oxide fuel cell air 58 is converted into electrons by the air electrode reaction shown in the following formula (2) by the action of the metal oxide electrode catalyst. Reacts with oxygen ions.
(Air electrode reaction)
1 / 2O 2 + 2e - → O 2- (2)
Oxygen ions generated at the air electrode 56 move inside the solid oxide electrolyte 55 such as yttria-stabilized zirconia (YSZ) and reach the fuel electrode 54. In the fuel electrode 54, oxygen ions that have moved from the air electrode 56 to the fuel electrode 54 through the inside of the solid oxide electrolyte 55 by the action of a metal-based electrode catalyst such as nickel-YSZ cermet, ruthenium-YSZ cermet, and the like (3 ) And (4) react with hydrogen and carbon monoxide in the hydrogen-rich reformed gas 27 supplied to the fuel electrode 54 by the reactions shown in the equations (4) and (4), thereby generating water vapor or carbon dioxide and electrons.
(Fuel electrode reaction)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e − (3)
CO + O 2− → CO 2 + 2e − (4)
Electrons generated at the fuel electrode 54 travel through an external circuit and reach the air electrode 56. The electrons that have reached the air electrode 56 react with oxygen by the air electrode reaction shown in the above-described equation (2). In the process that the electrons move through the external circuit, electric energy can be extracted as the fuel cell DC output 88.

（２）式と（３）式、（２）式と（４）式を、それぞれまとめると、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の電池反応は、下記（５）式に示す水素と酸素から水蒸気ができる水の電気分解の逆反応と、下記（６）式に示す一酸化炭素と酸素から二酸化炭素が生成する反応として表すことができる。
（電池反応）
Ｈ２ ＋ １/２Ｏ２ → Ｈ２Ｏ （５）
ＣＯ ＋ １/２Ｏ２ → ＣＯ２ （６）
固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電によって得られた燃料電池直流出力８８は、負荷８７に合わせて出力調整器８６で電圧の変換と直流から交流への変換を行った後に、送電端交流出力８９として負荷８７に供給する。なお、図１９では、出力調整器８６で直流から交流の交換を行っているが、出力調整器８６で電圧変換のみを行い、送電端直流出力を負荷８７に供給してもよい。 Summarizing Formula (2) and Formula (3), Formula (2) and Formula (4), respectively, the battery reaction of the solid oxide fuel cell stack 57 is based on hydrogen and oxygen shown in Formula (5) below. It can be expressed as a reverse reaction of electrolysis of water that can produce steam and a reaction in which carbon dioxide is generated from carbon monoxide and oxygen shown in the following formula (6).
(Battery reaction)
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O (5)
CO + 1 / 2O 2 → CO 2 (6)
The fuel cell DC output 88 obtained by the power generation of the solid oxide fuel cell stack 57 is subjected to voltage conversion and DC to AC conversion by the output regulator 86 in accordance with the load 87, and then the transmission end AC The output 89 is supplied to the load 87. In FIG. 19, the output regulator 86 exchanges direct current with direct current. However, the output regulator 86 may perform only voltage conversion and supply the power transmission end DC output to the load 87.

固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電温度は、一般的に８００〜１０００℃であり、電池反応による発熱により発電温度が維持される。このため、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の高温排熱は、前述したように改質器３での炭化水素の水蒸気改質反応の反応熱として利用することができる。   The power generation temperature of the solid oxide fuel cell stack 57 is generally 800 to 1000 ° C., and the power generation temperature is maintained by the heat generated by the battery reaction. Therefore, the high-temperature exhaust heat of the solid oxide fuel cell stack 57 can be used as the reaction heat of the hydrocarbon steam reforming reaction in the reformer 3 as described above.

燃料極５４で電池反応により生成した水蒸気を含む固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極排出ガス６１の一部は、前述したように改質器３での炭化水素の水蒸気改質反応に必要な水蒸気を供給するために、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０として脱硫天然ガス２９と混合して改質器３に供給する。固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極排出ガス６１の残りは、燃焼器用燃料極排出ガス６４として燃焼器９２に供給するとともに、空気供給用ブロア１３で取り込んだ空気１８の一部を、燃焼器用空気９１として燃焼器９２に供給し、燃焼器用燃料極排出ガス６４中の未反応燃料、未反応水素及び未反応一酸化炭素を、燃焼器用空気９１中の酸素と燃焼反応させることによって、高温の燃焼器排出ガス９３を生成させる。水素と一酸化炭素の燃焼反応を下記（７）式及び下記（８）式に示す。
（水素の燃焼反応）
Ｈ２ ＋ １/２Ｏ２ → Ｈ２Ｏ （７）
（一酸化炭素の燃焼反応）
ＣＯ ＋ １/２Ｏ２ → ＣＯ２ （８）
この高温の燃焼器排出ガス９３を給湯、暖房及び吸収式冷凍機の熱源として利用することにより、システムの電気出力と熱利用を合わせた総合熱効率を向上させることが可能である。燃焼器用空気９１の供給量は、予め設定された流量制御弁７５の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量）及び流量制御弁５９の開度（すなわち、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量）と流量制御弁９０の開度（すなわち、燃焼器用空気９１の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁９０の開度を制御することによって、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量と改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量に見合った値に設定する。 A part of the fuel electrode exhaust gas 61 of the solid oxide fuel cell stack 57 containing water vapor generated by the battery reaction at the fuel electrode 54 is used for the hydrocarbon steam reforming reaction in the reformer 3 as described above. In order to supply the necessary steam, it is mixed with the desulfurized natural gas 29 as the reformer recycle fuel electrode exhaust gas 60 and supplied to the reformer 3. The remainder of the fuel electrode exhaust gas 61 of the solid oxide fuel cell stack 57 is supplied to the combustor 92 as a fuel electrode exhaust gas 64 for the combustor and a part of the air 18 taken in by the air supply blower 13 is obtained. By supplying to the combustor 92 as the combustor air 91 and causing the unreacted fuel, unreacted hydrogen and unreacted carbon monoxide in the combustor fuel electrode exhaust gas 64 to undergo a combustion reaction with oxygen in the combustor air 91, A hot combustor exhaust gas 93 is generated. The combustion reaction of hydrogen and carbon monoxide is shown in the following formula (7) and the following formula (8).
(Hydrogen combustion reaction)
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O (7)
(Combustion reaction of carbon monoxide)
CO + 1 / 2O 2 → CO 2 (8)
By using this high-temperature combustor exhaust gas 93 as a heat source for hot water supply, heating and absorption refrigerators, it is possible to improve the overall thermal efficiency combining the electrical output and heat utilization of the system. The supply amount of the combustor air 91 is a predetermined opening degree of the flow control valve 75 (that is, the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57) and Based on the relationship between the opening degree of the flow control valve 59 (that is, the supply amount of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas 60) and the opening degree of the flow control valve 90 (that is, the supply amount of the combustor air 91), By controlling the opening degree of the control valve 90, the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 and the supply of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas 60 to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 are controlled. Set to a value appropriate for the quantity.

水素豊富な改質ガス２７中には固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６の電極触媒の劣化原因となる一酸化炭素が含まれているので、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７に供給しない水素豊富な改質ガス２７は、銅−亜鉛系触媒等のシフト触媒が充填されたＣＯシフトコンバータ４に供給し、シフト触媒の働きにより下記（９）式に示す水性シフト反応を行わせることによって、水素豊富な改質ガス２７中の一酸化炭素濃度を１％以下まで低減させる。
（水性シフト反応）
ＣＯ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ Ｈ２ （９）
（９）水性シフト反応は発熱反応であり、発生した熱は脱硫器２に供給し、前述した吸熱反応である脱硫器２の硫化水素と酸化亜鉛とからの硫化亜鉛生成反応の反応熱として利用する。 Since the hydrogen-rich reformed gas 27 contains carbon monoxide which causes deterioration of the electrode catalyst of the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the solid oxide fuel cell stack 57 The hydrogen-rich reformed gas 27 that is not supplied to the gas is supplied to the CO shift converter 4 filled with a shift catalyst such as a copper-zinc catalyst, and an aqueous shift reaction shown in the following formula (9) is performed by the action of the shift catalyst. As a result, the carbon monoxide concentration in the hydrogen-rich reformed gas 27 is reduced to 1% or less.
(Water-based shift reaction)
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (9)
(9) The aqueous shift reaction is an exothermic reaction, and the generated heat is supplied to the desulfurizer 2 and used as the reaction heat of the zinc sulfide generation reaction from hydrogen sulfide and zinc oxide in the desulfurizer 2 which is the endothermic reaction described above. To do.

ＣＯシフトコンバータ４でつくられた一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた改質ガス２６の一部は、前述したように脱硫器リサイクル用改質ガス５０として脱硫器２に供給し、残りは、改質ガス中の一酸化炭素濃度が１００ｐｐｍ以上であると固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６に供給した場合に電極触媒の劣化原因となるので、一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させるために、ＣＯ選択酸化器用改質ガス５２として、白金、ルテニウム等の貴金属系触媒がＣＯ選択酸化触媒として充填されたＣＯ選択酸化器５に供給する。ＣＯ選択酸化器５では、ＣＯ選択酸化器用改質ガス５２に含まれる一酸化炭素をＣＯ選択酸化器用空気３３中の酸素と反応させることによって二酸化炭素に変換し、ＣＯ選択酸化器用改質ガス５２中の一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させる。この発熱反応である一酸化炭素の酸化反応を下記（１０）式に示す。
（一酸化炭素の酸化反応）
ＣＯ ＋ １/２Ｏ２ → ＣＯ２ （１０）
ＣＯ選択酸化器用空気３３の供給量は、予め設定された流量制御弁７４の開度（すなわち、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量）と流量制御弁１１の開度（すなわち、ＣＯ選択酸化器用空気３３の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１１の開度を制御することによって、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量に見合った値に設定する。 A part of the reformed gas 26 having the carbon monoxide concentration produced by the CO shift converter 4 reduced to 1% or less is supplied to the desulfurizer 2 as the desulfurizer recycle reformed gas 50 as described above, and the rest If the carbon monoxide concentration in the reformed gas is 100 ppm or more, it causes deterioration of the electrode catalyst when supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. In order to reduce the order, the CO selective oxidizer reformed gas 52 is supplied to a CO selective oxidizer 5 filled with a noble metal catalyst such as platinum or ruthenium as a CO selective oxidation catalyst. In the CO selective oxidizer 5, carbon monoxide contained in the reformed gas 52 for CO selective oxidizer is converted into carbon dioxide by reacting with oxygen in the air 33 for CO selective oxidizer, and the reformed gas 52 for CO selective oxidizer is used. Reduce the carbon monoxide concentration in the order of ppm. The oxidation reaction of carbon monoxide which is this exothermic reaction is shown in the following formula (10).
(Oxidation reaction of carbon monoxide)
CO + 1 / 2O 2 → CO 2 (10)
The supply amount of the CO selective oxidizer air 33 includes a preset opening degree of the flow control valve 74 (that is, a supply quantity of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the CO shift converter 4) and an opening degree of the flow control valve 11. Based on the relationship (that is, the supply amount of the CO selective oxidizer air 33), the opening amount of the flow control valve 11 is controlled to meet the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the CO shift converter 4. Set the value to

ＣＯ選択酸化器５で作られた一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させた改質ガス２５に含まれる未反応水蒸気は、凝縮器３９で１００℃以下に冷却することによって、凝縮水４１として回収する。凝縮器３９で未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス３８は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６に供給する。また、空気供給用ブロア１３で取り込んだ空気１８の一部を、固体高分子形燃料電池セルスタック用空気３２として固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極８に供給する。固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極８への固体高分子形燃料電池セルスタック用空気３２の供給量は、予め設定された燃料電池直流出力２２の電池電流と流量制御弁１０の開度（すなわち、固体高分子形燃料電池セルスタック用空気３２の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１０の開度を制御することによって、燃料電池直流出力２２の電池電流に見合った値に設定する。固体高分子形燃料電池セルスタック９の発電温度は、６０〜８０℃が一般的であり、電池反応による発熱により発電温度が維持される。   Unreacted water vapor contained in the reformed gas 25 in which the carbon monoxide concentration produced by the CO selective oxidizer 5 is reduced to the order of ppm is recovered as condensed water 41 by cooling it to 100 ° C. or less by the condenser 39. To do. The reformed gas 38 obtained by condensing unreacted water vapor in the condenser 39 is supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. In addition, a part of the air 18 taken in by the air supply blower 13 is supplied to the air electrode 8 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 as polymer polymer fuel cell stack air 32. The supply amount of the polymer polymer fuel cell stack air 32 to the air electrode 8 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is determined by the battery current of the fuel cell DC output 22 and the flow control valve 10 being opened. The value corresponding to the battery current of the fuel cell DC output 22 by controlling the opening degree of the flow control valve 10 based on the relationship of the degree (that is, the supply amount of the solid polymer fuel cell stack air 32). Set to. The power generation temperature of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is generally 60 to 80 ° C., and the power generation temperature is maintained by the heat generated by the battery reaction.

固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６では、白金系電極触媒の働きで、未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス３８中に含まれる水素の８０％が、下記（１１）式に示す燃料極反応により水素イオンと電子に変わる。
（燃料極反応）
Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− （１１）
燃料極６で生成した水素イオンは、ナフィオン等のスルフォン酸基を有するフッ素系高分子から構成される固体高分子電解質７の内部に移動し、空気極８に到達する。一方、燃料極６で生成した電子は、外部回路を移動し、空気極８に到達する。この電子が外部回路を移動する過程で、電気エネルギーを燃料電池直流出力２２として取り出すことができる。固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極８では、白金系電極触媒の働きで、燃料極６から固体高分子電解質７の内部を空気極８に移動してきた水素イオン、燃料極６から外部回路を空気極８に移動してきた電子及び空気極８に供給された固体高分子形燃料電池セルスタック用空気３２中の酸素が、下記（１２）式に示す空気極反応により反応し、水が生成する。
（空気極反応）
２Ｈ＋ ＋ １/２Ｏ２ ＋ ２ｅ− → Ｈ２Ｏ （１２）
（１１）式と（１２）式をまとめると、固体高分子形燃料電池セルスタック９の電池反応は、下記（１３）式に示す水素と酸素から水ができる水の電気分解の逆反応として表すことができる。
（電池反応）
Ｈ２ ＋ １/２Ｏ２ → Ｈ２Ｏ （１３）
固体高分子形燃料電池セルスタック９の発電によって得られた燃料電池直流出力２２は、負荷２１に合わせて出力調整器２０で電圧の変換と直流から交流へ変換を行った後に、送電端交流出力２３として負荷２１に供給する。なお、図１９では、出力調整器２０で直流から交流への変換を行っているが、出力調整器２０で電圧変換のみ行い、送電端直流出力を負荷２１に供給してもよい。 In the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, 80% of hydrogen contained in the reformed gas 38 obtained by condensing unreacted water vapor by the action of the platinum-based electrode catalyst is expressed by the following equation (11). The fuel electrode reaction shown changes into hydrogen ions and electrons.
(Fuel electrode reaction)
H 2 → 2H + + 2e − (11)
Hydrogen ions generated at the fuel electrode 6 move to the inside of the solid polymer electrolyte 7 composed of a fluorine-based polymer having a sulfonic acid group such as Nafion and reach the air electrode 8. On the other hand, the electrons generated at the fuel electrode 6 travel through the external circuit and reach the air electrode 8. Electric energy can be taken out as the fuel cell DC output 22 in the process in which the electrons move through the external circuit. In the air electrode 8 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, hydrogen ions that have moved from the fuel electrode 6 to the air electrode 8 by the action of the platinum-based electrode catalyst, and the fuel electrode 6 to the outside. Electrons that have moved through the circuit to the air electrode 8 and oxygen in the solid polymer fuel cell stack air 32 supplied to the air electrode 8 react by the air electrode reaction shown in the following formula (12), and water is Generate.
(Air electrode reaction)
2H + + 1/2 O 2 + 2e − → H 2 O (12)
Summarizing the formulas (11) and (12), the battery reaction of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is expressed as the reverse reaction of the electrolysis of water that can be produced from hydrogen and oxygen as shown in the following formula (13). be able to.
(Battery reaction)
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O (13)
The fuel cell DC output 22 obtained by the power generation of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is subjected to voltage conversion and DC to AC conversion by the output regulator 20 in accordance with the load 21, and then the AC output at the power transmission end. 23 is supplied to the load 21. In FIG. 19, conversion from direct current to alternating current is performed by the output regulator 20, but only voltage conversion may be performed by the output regulator 20 to supply the power transmission end DC output to the load 21.

固体高分子形燃料電池セルスタック用空気３２は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極８で酸素の一部を、（１２）式に示した空気極反応により消費した後に、固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極排出ガス１７として排出する。一方、未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス３８は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６で水素の約８０％を（１１）式に示した燃料極反応により消費した後に、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極排出ガス１９として排出する。   The solid polymer fuel cell stack air 32 is used after the air electrode 8 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 consumes a part of oxygen by the air electrode reaction shown in the equation (12). The air is discharged as the air electrode exhaust gas 17 of the molecular fuel cell stack 9. On the other hand, the reformed gas 38 obtained by condensing unreacted water vapor consumes about 80% of hydrogen in the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 by the fuel electrode reaction shown in the equation (11). It is discharged as a fuel electrode discharge gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9.

「電気学会・燃料電池発電次世代システム技術調査専門委員会編：燃料電池の技術，ｐ．35, オーム社 （2002)」"The Institute of Electrical Engineers, Fuel Cell Power Generation Next Generation System Technology Investigation Committee: Fuel Cell Technology, p. 35, Ohmsha (2002)"

次に、前述したような従来の燃料電池発電システムの問題点について説明する。図１９に示した従来の燃料電池発電システムでは、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量の方が固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量より多い場合には、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４で電池反応により生成した水蒸気を含む改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０を供給するだけでは水蒸気が不足し、改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下する恐れがある。改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下すると、改質用水蒸気の不足により燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応が十分進行しなくなる、カーボン析出によりにより改質器の性能低下が起こる等の理由で、燃料電池発電システムの発電を安定に継続することができない。   Next, problems of the conventional fuel cell power generation system as described above will be described. In the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the CO shift converter 4 is reduced. When the amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 is larger than the supply amount of the reformed gas 27, the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 causes a battery reaction. Only by supplying the reformer recycling fuel electrode exhaust gas 60 containing the generated steam, the steam is insufficient, and the reformer recycling fuel electrode exhaust gas to be supplied to the reformer 3 and the desulfurized natural gas mixed gas 28 are mixed. There is a possibility that the steam carbon ratio is lowered from a predetermined value. When the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas supplied to the reformer 3 falls below a predetermined value, the natural gas 1 in the fuel is in the fuel due to the lack of reforming water vapor. For example, the steam reforming reaction of hydrocarbons does not proceed sufficiently, and the performance of the reformer is reduced due to carbon deposition, so that the power generation of the fuel cell power generation system cannot be stably continued.

本発明の目的は、上記問題を解決し、燃料の水蒸気改質反応に必要な水蒸気の不足を抑制し、安定に発電を継続することができる高効率な燃料電池発電システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a highly efficient fuel cell power generation system that solves the above problems, suppresses the shortage of steam necessary for the steam reforming reaction of fuel, and can continue power generation stably. .

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、前記燃料の水蒸気改質反応によって水素豊富な改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の燃料、水素、及び一酸化炭素を酸素と燃焼反応させ、該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガスを改質器へ供給する燃焼器を有することを特徴とする燃料電池発電システムを構成する。 In order to achieve the above object, the present invention provides, as described in claim 1,
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen, a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas by the steam reforming reaction of the fuel; , Generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the reformed gas or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, supplying exhaust heat generated by the power generation to the reformer, and A first fuel cell stack that supplies fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the reformer, and carbon dioxide and hydrogen by reacting carbon monoxide in the reformed gas with water vapor. A CO shift converter that converts to CO, a CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen and converts it to carbon dioxide, and the C A second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the selective oxidizer with oxygen, fuel in the anode exhaust gas of the first fuel cell stack, A fuel cell power generation system comprising a combustor that causes hydrogen and carbon monoxide to undergo a combustion reaction with oxygen and supplies a reformer with a combustor exhaust gas containing water vapor generated by the combustion reaction.

また、本発明は、請求項２に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、前記燃料の水蒸気改質反応によって水素豊富な改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の燃料、水素、及び一酸化炭素を酸素と燃焼反応させ、該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガスを改質器へ供給する燃焼器を有することを特徴とする燃料電池発電システムを構成する。 Further, the present invention provides the following, as described in claim 2.
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen, a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas by the steam reforming reaction of the fuel; , Generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the reformed gas or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, supplying exhaust heat generated by the power generation to the reformer, and A first fuel cell stack that supplies fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the reformer, and carbon dioxide and hydrogen by reacting carbon monoxide in the reformed gas with water vapor. A CO shift converter for converting to hydrogen, a hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter, and the hydrogen separated by the hydrogen separator A second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting with oxygen; and the fuel, hydrogen, and carbon monoxide in the anode discharge gas of the first fuel cell stack are combusted with oxygen A fuel cell power generation system comprising a combustor that reacts and supplies combustor exhaust gas containing water vapor generated by the combustion reaction to a reformer is configured.

また、本発明は、請求項３に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、前記燃料の水蒸気改質反応によって水素豊富な改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の燃料、水素、及び一酸化炭素を酸素と燃焼反応させ、該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガスを改質器へ供給する燃焼器を有することを特徴とする燃料電池発電システムを構成する。 Further, the present invention provides a method as claimed in claim 3.
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen, a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas by the steam reforming reaction of the fuel; , Generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the reformed gas or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, supplying exhaust heat generated by the power generation to the reformer, and A first fuel cell stack that supplies fuel gas exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the reformer, and carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel cell stack is water vapor. CO converter that converts carbon dioxide and hydrogen by reacting with carbon dioxide, and carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter is oxidized with oxygen to carbon dioxide A CO selective oxidizer for conversion, a second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen, and the first fuel cell stack A combustor that causes the fuel, hydrogen, and carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas to undergo a combustion reaction with oxygen and that supplies the combustor exhaust gas containing water vapor generated by the combustion reaction to the reformer. The fuel cell power generation system is configured.

また、本発明は、請求項４に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、前記燃料の水蒸気改質反応によって水素豊富な改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の燃料、水素、及び一酸化炭素を酸素と燃焼反応させ、該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガスを改質器へ供給する燃焼器を有することを特徴とする燃料電池発電システムを構成する。 Further, the present invention provides the following, as described in claim 4.
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen, a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas by the steam reforming reaction of the fuel; , Generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the reformed gas or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, supplying exhaust heat generated by the power generation to the reformer, and A first fuel cell stack that supplies fuel gas exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the reformer, and carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel cell stack is water vapor. A CO shift converter that converts carbon dioxide and hydrogen by reacting with hydrogen, and a hydrogen separator that selectively separates hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter, A second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen, and a fuel in the anode exhaust gas of the first fuel cell stack, A fuel cell power generation system comprising a combustor that causes hydrogen and carbon monoxide to undergo a combustion reaction with oxygen and supplies a reformer with a combustor exhaust gas containing water vapor generated by the combustion reaction.

また、本発明は、請求項５に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、燃料極で前記燃料の水蒸気改質反応を行わせ水素及び一酸化炭素を生成させるとともに、前記燃料極で生成した水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記燃料極に供給する第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の燃料、水素、及び一酸化炭素を酸素と燃焼反応させ、該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガスを前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極へ供給する燃焼器を特徴とする燃料電池発電システムを構成する。 Further, the present invention provides the following, as described in claim 5.
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen generated by the steam reforming reaction of fuel with oxygen, hydrogen and carbon monoxide are generated by performing the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode. And generating electric power by electrochemically reacting hydrogen produced by the fuel electrode or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and exhaust heat generated by the electric power generation is necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack that supplies fuel electrode exhaust gas containing water vapor that is consumed as reaction heat and generated along with the power generation; and in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel cell stack A CO shift converter that converts carbon monoxide to carbon dioxide and hydrogen by reacting the carbon monoxide with water vapor, and one of the exhaust gases of the CO shift converter. CO selective oxidizer that oxidizes carbon dioxide with oxygen and converts it to carbon dioxide, and a second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen Combustion reaction of the fuel, hydrogen, and carbon monoxide in the fuel cell exhaust gas of the first fuel cell stack with oxygen, and the combustor exhaust gas containing water vapor generated by the combustion reaction, A fuel cell power generation system including a combustor that supplies the fuel electrode of the fuel cell stack to the fuel electrode is configured.

また、本発明は、請求項６に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、燃料極で前記燃料の水蒸気改質反応を行わせ水素及び一酸化炭素を生成させるとともに、前記燃料極で生成した水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記燃料極に供給する第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の燃料、水素、及び一酸化炭素を酸素と燃焼反応させ、該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガスを前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極へ供給する燃焼器を有することを特徴とする燃料電池発電システムを構成する。 Further, the present invention provides the following, as described in claim 6.
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen generated by the steam reforming reaction of fuel with oxygen, hydrogen and carbon monoxide are generated by performing the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode. And generating electric power by electrochemically reacting hydrogen produced by the fuel electrode or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and exhaust heat generated by the electric power generation is necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack that supplies fuel electrode exhaust gas containing water vapor that is consumed as reaction heat and generated along with the power generation; and in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel cell stack CO converter for converting carbon monoxide to carbon dioxide and hydrogen by reacting carbon monoxide with water vapor, and water in the exhaust gas of the CO shift converter A hydrogen separator that selectively separates hydrogen, a second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen, and the first fuel cell Combustion reaction of fuel, hydrogen, and carbon monoxide in oxygen in the fuel cell exhaust gas of the stack with oxygen, and combustor exhaust gas containing water vapor generated by the combustion reaction is performed in the fuel electrode of the first fuel cell stack. A fuel cell power generation system including a combustor that supplies the fuel cell is configured.

また、本発明は、請求項７に記載のように、
前記燃焼器に前記燃焼反応の酸素源として空気を供給することを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の燃料電池発電システムを構成する。 Further, the present invention provides the following, as described in claim 7.
7. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein air is supplied to the combustor as an oxygen source for the combustion reaction.

また、本発明は、請求項８に記載のように、
前記燃焼器に前記燃焼反応の酸素源として前記第二の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスを供給することを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の燃料電池発電システムを構成する。 Further, the present invention provides the following, as described in claim 8.
7. The fuel cell power generation according to claim 1, wherein an air electrode exhaust gas of the second fuel cell stack is supplied to the combustor as an oxygen source for the combustion reaction. Configure the system.

また、本発明は、請求項９に記載のように、
前記燃焼器に前記燃焼反応の酸素源として前記第一の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスを供給することを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の燃料電池発電システムを構成する。 Further, the present invention provides the following, as described in claim 9.
7. The fuel cell power generation according to claim 1, wherein an air electrode exhaust gas of the first fuel cell stack is supplied to the combustor as an oxygen source for the combustion reaction. Configure the system.

また、本発明は、請求項１０に記載のように、
前記第一の燃料電池セルスタックが固体酸化物形燃料電池セルスタックであり、前記第二の燃料電池セルスタックが固体高分子形燃料電池セルスタックであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９記載の燃料電池発電システムを構成する。 Further, the present invention provides a method as claimed in claim 10.
The first fuel cell stack is a solid oxide fuel cell stack, and the second fuel cell stack is a polymer electrolyte fuel cell stack. The fuel cell power generation system according to 3, 4, 5, 6, 7, 8, or 9 is configured.

本発明の実施によって、燃料の水蒸気改質反応に必要な水蒸気の不足を抑制し、安定に発電を継続することができる高効率な燃料電池発電システムを提供することが可能となる。   By implementing the present invention, it is possible to provide a highly efficient fuel cell power generation system capable of suppressing the shortage of steam necessary for the steam reforming reaction of fuel and stably continuing power generation.

（実施形態１）
図１は、本発明による燃料電池発電システムの一実施形態（これを実施形態１とする）を示す構成図である。図１において、前述した図１９と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図１において、１００は改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量を制御する流量制御弁、１０２は排出用燃焼器排出ガス、１０３は改質器用燃焼器排出ガスである。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment (referred to as Embodiment 1) of a fuel cell power generation system according to the present invention. In FIG. 1, the same components as those in FIG. 19 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 1, 100 is a flow control valve for controlling the supply amount of the reformer combustor exhaust gas 103, 102 is the exhaust combustor exhaust gas, and 103 is the reformer combustor exhaust gas.

図１を用いて実施形態１を説明する。本実施形態は、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは、図１に示したように流量制御弁１００を備え、燃焼器９２で燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器３に供給する点が大きく異なる。   The first embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19 in that it includes a flow control valve 100 as shown in FIG. Is largely different in that it is supplied to the reformer 3 as a reformer combustor exhaust gas 103.

次に、本実施形態の作用について、図１を参照して説明する。燃焼器９２では、燃焼用器燃料極排出ガス６４中の未反応燃料、未反応水素及び未反応一酸化炭素を燃焼反応用酸素源である燃焼器用空気９１中の酸素と燃焼反応させ、燃焼器排出ガス９３を排出する。該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給する。改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁５９の開度（すなわち、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量）と流量制御弁１００の開度（すなわち、改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１００の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the combustor 92, the unreacted fuel, unreacted hydrogen and unreacted carbon monoxide in the combustor fuel electrode exhaust gas 64 are caused to undergo a combustion reaction with oxygen in the combustor air 91 which is an oxygen source for combustion reaction. Exhaust gas 93 is discharged. A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction is reformed as a reformer combustor exhaust gas 103 and mixed with a mixed gas 28 of reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. Supply to vessel 3. The amount of supply of the reformer combustor exhaust gas 103 includes the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening degree of the flow control valve 59 (that is, reforming). The opening degree of the flow control valve 100 is controlled based on the relationship between the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 60 for recycler) and the opening degree of the flow control valve 100 (that is, the supply amount of the reformer combustor exhaust gas 103). Thus, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas is set to a predetermined value with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel.

本実施形態においては、改質器３での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器３に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   In the present embodiment, in order to compensate for the shortage of water vapor in the reformer 3, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is modified as the reformer combustor exhaust gas 103. Since the gas is supplied to the mass device 3, it is not necessary to newly supply the natural gas 1 as fuel from the outside to generate water vapor, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図１に示した実施形態では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量の方が固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量より多い場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給することによって、改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する改質器の性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the embodiment shown in FIG. 1, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and When the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 is larger than the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, it is discharged from the combustor 92. A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor is mixed as a reformer combustor exhaust gas 103 with the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas mixed gas 28 and supplied to the reformer 3. As a result, it is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas supplied to the reformer 3 from being lower than a predetermined value. For this reason, the steam reforming performance of the reformer due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1, which is the fuel due to the lack of reforming steam, and carbon deposition does not occur. It is possible to continue stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態２）
図２は、本発明による燃料電池発電システムの他の一実施形態（これを実施形態２とする）を示す構成図である。図２において、前述した図１９及び図１と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 2)
FIG. 2 is a configuration diagram showing another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this is referred to as Embodiment 2). In FIG. 2, the same components as those in FIGS. 19 and 1 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図２を用いて実施形態２を説明する。本実施形態は、図１に示した実施形態１とは、図２に示したように、燃焼器用空気９１を燃焼器９２に供給する代わりに、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の空気極排出ガス６３を燃焼反応用酸素源として燃焼器９２に供給する点が大きく異なる。   A second embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the air electrode of the solid oxide fuel cell stack 57 is used instead of supplying the combustor air 91 to the combustor 92 as shown in FIG. The difference is that the exhaust gas 63 is supplied to the combustor 92 as an oxygen source for combustion reaction.

次に、本実施形態の作用について、図２を参照して説明する。燃焼器９２では、燃焼器用燃料極排出ガス６４中の未反応燃料、未反応水素及び未反応一酸化炭素を固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の空気極排出ガス６３中の未反応酸素と燃焼反応させ、燃焼器排出ガス９３を排出する。該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給する。改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁５９の開度（すなわち、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量）と流量制御弁１００の開度（すなわち、改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１００の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. In the combustor 92, unreacted fuel, unreacted hydrogen and unreacted carbon monoxide in the combustor fuel electrode exhaust gas 64 are combusted with unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57. It is made to react, and combustor exhaust gas 93 is discharged. A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction is reformed as a reformer combustor exhaust gas 103 and mixed with a mixed gas 28 of reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. Supply to vessel 3. The amount of supply of the reformer combustor exhaust gas 103 includes the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening degree of the flow control valve 59 (that is, reforming). The opening degree of the flow control valve 100 is controlled based on the relationship between the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 60 for recycler) and the opening degree of the flow control valve 100 (that is, the supply amount of the reformer combustor exhaust gas 103). Thus, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas is set to a predetermined value with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel.

本実施形態においても、改質器３での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器３に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to make up for the shortage of water vapor in the reformer 3, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is modified as the reformer combustor exhaust gas 103. Since the gas is supplied to the mass device 3, it is not necessary to newly supply the natural gas 1 as fuel from the outside to generate water vapor, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図２に示した本実施形態では、図１に示した実施形態１と同様に、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量の方が固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量より多い場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給することによって、改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する改質器の性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the present embodiment shown in FIG. 2, like the first embodiment shown in FIG. 1, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. The amount of hydrogen-rich reformed gas 27 supplied to the CO shift converter 4 is larger than the battery current of 88, and the hydrogen-rich reformed gas 27 is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. When the amount is larger than the amount, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is used as the reformer combustor exhaust gas 103 to form the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas. By mixing the mixed gas 28 and supplying it to the reformer 3, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas supplied to the reformer 3 falls below a predetermined value. To do It is possible to suppress. For this reason, the steam reforming performance of the reformer due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1, which is the fuel due to the lack of reforming steam, and carbon deposition does not occur. It is possible to continue stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態３）
図３は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態３とする）を示す構成図である。図３において、前述した図１９、図１及び図２と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 3)
FIG. 3 is a configuration diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this is referred to as Embodiment 3). In FIG. 3, the same components as those in FIGS. 19, 1 and 2 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図３を用いて実施形態３を説明する。本実施形態による燃料電池発電システムは、図１に示した実施形態１とは、図３に示したように、燃焼器用空気９１を燃焼器９２に供給する代わりに、固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極排出ガス１７を燃焼反応用酸素源として燃焼器９２に供給する点が大きく異なる。   A third embodiment will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system according to the present embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a polymer electrolyte fuel cell unit is used instead of supplying the combustor air 91 to the combustor 92 as shown in FIG. The difference is that the air electrode exhaust gas 17 of the stack 9 is supplied to the combustor 92 as a combustion reaction oxygen source.

次に、本実施形態の作用について、図３を参照して説明する。燃焼器９２では、燃焼用器燃料極排出ガス６４中の未反応燃料、未反応水素及び未反応一酸化炭素を固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極排出ガス１７中の未反応酸素と燃焼反応させ、燃焼器排出ガス９３を排出する。該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給する。改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁５９の開度（すなわち、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量）と流量制御弁１００の開度（すなわち、改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１００の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the combustor 92, unreacted fuel, unreacted hydrogen and unreacted carbon monoxide in the combustor fuel electrode exhaust gas 64 are converted into unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 17 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. Combustion reaction is performed, and the combustor exhaust gas 93 is discharged. A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction is reformed as a reformer combustor exhaust gas 103 and mixed with a mixed gas 28 of reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. Supply to vessel 3. The amount of supply of the reformer combustor exhaust gas 103 includes the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening degree of the flow control valve 59 (that is, reforming). The opening degree of the flow control valve 100 is controlled based on the relationship between the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 60 for recycler) and the opening degree of the flow control valve 100 (that is, the supply amount of the reformer combustor exhaust gas 103). Thus, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas is set to a predetermined value with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel.

本実施形態においても、改質器３での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器３に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to make up for the shortage of water vapor in the reformer 3, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is modified as the reformer combustor exhaust gas 103. Since the gas is supplied to the mass device 3, it is not necessary to newly supply the natural gas 1 as fuel from the outside to generate water vapor, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図３に示した本実施形態では、図１に示した実施形態１と同様に、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量の方が固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量より多い場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給することによって、改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する改質器の性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the present embodiment shown in FIG. 3, like the first embodiment shown in FIG. 1, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is the fuel cell DC output. The amount of hydrogen-rich reformed gas 27 supplied to the CO shift converter 4 is larger than the battery current of 88, and the hydrogen-rich reformed gas 27 is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. When the amount is larger than the amount, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is used as the reformer combustor exhaust gas 103 to form the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas. By mixing the mixed gas 28 and supplying it to the reformer 3, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas supplied to the reformer 3 falls below a predetermined value. To do It is possible to suppress. For this reason, the steam reforming performance of the reformer due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1, which is the fuel due to the lack of reforming steam, and carbon deposition does not occur. It is possible to continue stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態４）
図４は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態４とする）を示す構成図である。図４において、前述した図１９、図１、図２及び図３と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 4)
FIG. 4 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this is referred to as Embodiment 4). 4, the same parts as those in FIGS. 19, 1, 2, and 3 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図４において１１０は水素分離器用改質ガス、１１１は水素分離器、１１２は水素分離器排出ガス、１１３は凝縮器、１１４は凝縮水、１１５は水素分離器乾燥排出ガス、１１６は水素、１１７は燃料極水素排出ガス、１１８はパージ弁、１１９はパージガスを表す。   In FIG. 4, 110 is a reforming gas for a hydrogen separator, 111 is a hydrogen separator, 112 is a hydrogen separator exhaust gas, 113 is a condenser, 114 is condensed water, 115 is a hydrogen separator dry exhaust gas, 116 is hydrogen, 117 Is an anode hydrogen exhaust gas, 118 is a purge valve, and 119 is a purge gas.

図４を用いて実施形態４を説明する。本実施形態は、図１に示した実施形態１とは、図４に示したように、ＣＯ選択酸化器５と凝縮器３９の代わりに水素分離器１１１と凝縮器１１３を設けた点が大きく異なる。   Embodiment 4 will be described with reference to FIG. This embodiment is largely different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a hydrogen separator 111 and a condenser 113 are provided instead of the CO selective oxidizer 5 and the condenser 39, as shown in FIG. Different.

次に、本実施形態の作用について、図４を参照して説明する。水素分離器用改質ガス１１０は、パラジウム膜やマイクロポーラスなセラミック膜等の水素分離手段を有する水素分離器１１１に供給され、水素１１６が分離される。その際、効率的な水素分離を行うために、必要に応じて水素分離器用改質ガス１１０の加圧を行う。水素１１６は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６に供給し、固体高分子形燃料電池セルスタック用空気３２中の酸素と電気化学的に反応させることによって固体高分子形燃料電池セルスタック９の発電を行う。水素からなる燃料極水素排出ガス１１７は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端効率を向上させるために、すべて燃料極６にリサイクルして発電に利用する。しかし、燃料極水素排出ガス１１７中には、水素以外の不純物が若干含まれるので、パージ弁１１８を間欠的に開け、パージガス１１９を放出する。水素分離器排出ガス１１２は、凝縮器１１３で凝縮水１１４を凝縮させた後に、水素分離器乾燥排出ガス１１５として排出する。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. The reformed gas 110 for the hydrogen separator is supplied to a hydrogen separator 111 having hydrogen separation means such as a palladium membrane or a microporous ceramic membrane, and the hydrogen 116 is separated. At that time, in order to perform efficient hydrogen separation, the reforming gas 110 for the hydrogen separator is pressurized as necessary. Hydrogen 116 is supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 and electrochemically reacted with oxygen in the air 32 for the polymer electrolyte fuel cell stack, thereby causing a polymer electrolyte fuel cell. Power generation of the cell stack 9 is performed. The fuel electrode hydrogen exhaust gas 117 made of hydrogen is all recycled to the fuel electrode 6 and used for power generation in order to improve the power transmission end efficiency of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. However, since the fuel electrode hydrogen exhaust gas 117 contains some impurities other than hydrogen, the purge valve 118 is opened intermittently and the purge gas 119 is released. The hydrogen separator exhaust gas 112 is discharged as the hydrogen separator dry exhaust gas 115 after the condensed water 114 is condensed by the condenser 113.

本実施形態においても、改質器３での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器３に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to make up for the shortage of water vapor in the reformer 3, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is modified as the reformer combustor exhaust gas 103. Since the gas is supplied to the mass device 3, it is not necessary to newly supply the natural gas 1 as fuel from the outside to generate water vapor, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図４に示した本実施形態では、図１に示した実施形態１と同様に、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量の方が固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量より多い場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給することによって、改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する改質器の性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the present embodiment shown in FIG. 4, like the first embodiment shown in FIG. 1, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is the fuel cell DC output. The amount of hydrogen-rich reformed gas 27 supplied to the CO shift converter 4 is larger than the battery current of 88, and the hydrogen-rich reformed gas 27 is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. When the amount is larger than the amount, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is used as the reformer combustor exhaust gas 103 to form the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas By mixing the mixed gas 28 and supplying it to the reformer 3, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas supplied to the reformer 3 falls below a predetermined value. To do It is possible to suppress. For this reason, the steam reforming performance of the reformer due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1, which is the fuel due to the lack of reforming steam, and carbon deposition does not occur. It is possible to continue stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態５）
図５は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態５とする）を示す構成図である。図５において、前述した図１９、図１、図２、図３及び図４と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 5)
FIG. 5 is a block diagram showing still another embodiment (referred to as Embodiment 5) of the fuel cell power generation system according to the present invention. 5, the same components as those in FIGS. 19, 1, 2, 3, and 4 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図５を用いて実施形態５を説明する。本実施形態は、図４に示した実施形態４とは、図５に示したように、燃焼器用空気９１を燃焼器９２に供給する代わりに、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の空気極排出ガス６３を燃焼反応用酸素源として燃焼器９２に供給する点が大きく異なる。   Embodiment 5 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 4 shown in FIG. 4 in that the air electrode of the solid oxide fuel cell stack 57 is used instead of supplying the combustor air 91 to the combustor 92 as shown in FIG. The difference is that the exhaust gas 63 is supplied to the combustor 92 as an oxygen source for combustion reaction.

次に、本実施形態の作用について、図５を参照して説明する。燃焼器９２では、燃焼器用燃料極排出ガス６４中の未反応燃料、未反応水素及び未反応一酸化炭素を固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の空気極排出ガス６３中の未反応酸素と燃焼反応させ、燃焼器排出ガス９３を排出する。該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給する。改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁５９の開度（すなわち、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量）と流量制御弁１００の開度（すなわち、改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１００の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the combustor 92, unreacted fuel, unreacted hydrogen and unreacted carbon monoxide in the combustor fuel electrode exhaust gas 64 are combusted with unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57. It is made to react, and combustor exhaust gas 93 is discharged. A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction is reformed as a reformer combustor exhaust gas 103 and mixed with a mixed gas 28 of reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. Supply to vessel 3. The amount of supply of the reformer combustor exhaust gas 103 includes the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening degree of the flow control valve 59 (that is, reforming). The opening degree of the flow control valve 100 is controlled based on the relationship between the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 60 for recycler) and the opening degree of the flow control valve 100 (that is, the supply amount of the reformer combustor exhaust gas 103). Thus, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas is set to a predetermined value with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel.

本実施形態においても、改質器３での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器３に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to make up for the shortage of water vapor in the reformer 3, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is modified as the reformer combustor exhaust gas 103. Since the gas is supplied to the mass device 3, it is not necessary to newly supply the natural gas 1 as fuel from the outside to generate water vapor, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図５に示した本実施形態では、図１に示した実施形態１と同様に、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量の方が固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量より多い場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給することによって、改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する改質器の性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the present embodiment shown in FIG. 5, like the first embodiment shown in FIG. 1, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is the fuel cell DC output. The amount of hydrogen-rich reformed gas 27 supplied to the CO shift converter 4 is larger than the battery current of 88, and the hydrogen-rich reformed gas 27 is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. When the amount is larger than the amount, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is used as the reformer combustor exhaust gas 103 to form the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas. By mixing the mixed gas 28 and supplying it to the reformer 3, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas supplied to the reformer 3 falls below a predetermined value. To do It is possible to suppress. For this reason, the steam reforming performance of the reformer due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1, which is the fuel due to the lack of reforming steam, and carbon deposition does not occur. It is possible to continue stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態６）
図６は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態６とする）を示す構成図である。図６において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４及び図５と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省賂する。 (Embodiment 6)
FIG. 6 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this is referred to as Embodiment 6). In FIG. 6, the same parts as those in FIGS. 19, 1, 2, 3, 4, and 5 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図６を用いて実施形態６を説明する。本実施形態による燃料電池発電システムは、図４に示した実施形態４とは、図６に示したように、燃焼器用空気９１を燃焼器９２に供給する代わりに、固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極排出ガス１７を燃焼反応用酸素源として燃焼器９２に供給する点が大きく異なる。   Embodiment 6 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system according to the present embodiment is different from the fourth embodiment shown in FIG. 4 in that instead of supplying the combustor air 91 to the combustor 92, as shown in FIG. The difference is that the air electrode exhaust gas 17 of the stack 9 is supplied to the combustor 92 as a combustion reaction oxygen source.

次に、本実施形態の作用について、図６を参照して説明する。燃焼器９２では、燃焼器用燃料極排出ガス６４中の未反応燃料、未反応水素及び未反応一酸化炭素を固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極排出ガス１７中の未反応酸素と燃焼反応させ、燃焼器排出ガス９３を排出する。該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給する。改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁５９の開度（すなわち、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量）と流量制御弁１００の開度（すなわち、改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１００の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. In the combustor 92, unreacted fuel, unreacted hydrogen and unreacted carbon monoxide in the combustor fuel electrode exhaust gas 64 are combusted with unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 17 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. It is made to react and the combustor exhaust gas 93 is discharged. A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction is reformed as a reformer combustor exhaust gas 103 and mixed with a mixed gas 28 of reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. Supply to vessel 3. The amount of supply of the reformer combustor exhaust gas 103 includes the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening degree of the flow control valve 59 (that is, reforming). The opening degree of the flow control valve 100 is controlled based on the relationship between the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 60 for recycler) and the opening degree of the flow control valve 100 (that is, the supply amount of the reformer combustor exhaust gas 103). Thus, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas is set to a predetermined value with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel.

本実施形態においても、改質器３での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器３に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to make up for the shortage of water vapor in the reformer 3, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is modified as the reformer combustor exhaust gas 103. Since the gas is supplied to the mass device 3, it is not necessary to newly supply the natural gas 1 as fuel from the outside to generate water vapor, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図６に示した本実施形態では、図４に示した実施形態４と同様に、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量の方が固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量より多い場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給することによって、改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する改質器の性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the present embodiment shown in FIG. 6, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, similarly to the fourth embodiment shown in FIG. 4, the battery current of the fuel cell DC output 22 is the fuel cell DC output. The amount of hydrogen-rich reformed gas 27 supplied to the CO shift converter 4 is larger than the battery current of 88, and the hydrogen-rich reformed gas 27 is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. When the amount is larger than the amount, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is used as the reformer combustor exhaust gas 103 to form the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. By mixing the mixed gas 28 and supplying it to the reformer 3, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas supplied to the reformer 3 falls below a predetermined value. To do It is possible to suppress. For this reason, the steam reforming performance of the reformer due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1, which is the fuel due to the lack of reforming steam, and carbon deposition does not occur. It is possible to continue stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態７）
図７は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態７とする）を示す構成図である。図７において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５及び図６と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 7)
FIG. 7 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this is referred to as Embodiment 7). 7, the same components as those in FIGS. 19, 1, 2, 3, 4, 5, and 6 described above are denoted by the same reference numerals, and the description of these components is omitted.

図７において、１２０はＣＯ選択酸化器５からの排出ガスである、一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させた燃料極排出ガス、１２１は未反応水蒸気を凝縮させた燃料極排出ガス、１２２は脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス１２６の供給量を制御する流量制御弁、１２３はＣＯシフトコンバータ用燃料極排出ガス、１２４はＣＯシフトコンバータ４の排出ガスである、一酸化炭素の濃度を１％以下に低減させた燃料極排出ガス、１２５はＣＯ選択酸化器用燃料極排出ガス、１２６は脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス、１２７はＣＯシフトコンバータ用燃料極排出ガス１２３の供給量を制御する流量制御弁を表す。   In FIG. 7, 120 is an exhaust gas from the CO selective oxidizer 5, a fuel electrode exhaust gas having a carbon monoxide concentration reduced to the order of ppm, 121 is a fuel electrode exhaust gas in which unreacted water vapor is condensed, and 122 is A flow rate control valve for controlling the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 126 for recycling the desulfurizer, 123 is the fuel electrode exhaust gas for the CO shift converter, and 124 is the exhaust gas of the CO shift converter 4. The concentration of carbon monoxide is 1%. The fuel electrode exhaust gas reduced below, 125 is the fuel electrode exhaust gas for the CO selective oxidizer, 126 is the fuel electrode exhaust gas for recycling the desulfurizer, and 127 is the flow rate for controlling the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 123 for the CO shift converter. Represents a control valve.

図７を用いて実施形態７を説明する。本実施形態は、図１に示した実施形態１とは、図７に示したように、水素豊富な改質ガス２７の代わりにＣＯシフトコンバータ用燃料極排出ガス１２３をＣＯシフトコンバータ４に供給する点が大きく異なる。   Embodiment 7 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the CO shift converter fuel electrode exhaust gas 123 is supplied to the CO shift converter 4 instead of the hydrogen-rich reformed gas 27 as shown in FIG. The point to do is very different.

次に、本実施形態の作用について、図７を参照して説明する。本実施形態では、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４から排出した燃料極排出ガス６１は、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０、ＣＯシフトコンバータ用燃料極排出ガス１２３及び燃焼器用燃料極排出ガス６４に分配され、それぞれ改質器３、ＣＯシフトコンバータ４及び燃焼器９２に供給される。ＣＯシフトコンバータ用燃料極排出ガス１２３の供給量は、予め設定された燃料電池直流出力２２の電池電流と流量制御弁１２７の開度（すなわち、ＣＯシフトコンバータ４へのＣＯシフトコンバータ用燃料極排出ガス１２３の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１２７の開度を制御することによって、燃料電池直流出力２２の電池電流に見合った値に設定する。ＣＯシフトコンバータ４では、（９）式に示した水性シフト反応により、ＣＯシフトコンバータ用燃料極排出ガス１２３中の一酸化炭素濃度が１％以下まで低減される。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the fuel electrode exhaust gas 61 discharged from the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 is the reformer recycle fuel electrode exhaust gas 60, the CO shift converter fuel electrode exhaust gas 123, and the combustion. It is distributed to the fuel electrode exhaust gas 64 and supplied to the reformer 3, the CO shift converter 4 and the combustor 92, respectively. The supply amount of the fuel electrode exhaust gas 123 for the CO shift converter is determined based on the preset battery current of the fuel cell DC output 22 and the opening of the flow rate control valve 127 (that is, the discharge of the fuel electrode for the CO shift converter to the CO shift converter 4). Based on the relationship of the supply amount of the gas 123, the opening degree of the flow control valve 127 is controlled to set a value corresponding to the battery current of the fuel cell DC output 22. In the CO shift converter 4, the concentration of carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas 123 for CO shift converter is reduced to 1% or less by the aqueous shift reaction shown in the equation (9).

脱硫器２での硫化水素の生成に必要な水素を供給するために、ＣＯシフトコンバータ４でつくられた水素を含む一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた燃料極排出ガス１２４の一部を、脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス１２６として脱硫器２にリサイクルする。脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス１２６の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）と流量制御弁１２２の開度（すなわち、脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス１２６の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１２２の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に見合った値に設定する。   Part of the fuel electrode exhaust gas 124 in which the concentration of carbon monoxide containing hydrogen produced by the CO shift converter 4 is reduced to 1% or less in order to supply hydrogen necessary for the production of hydrogen sulfide in the desulfurizer 2 Is recycled to the desulfurizer 2 as a fuel electrode exhaust gas 126 for desulfurizer recycling. The supply amount of the fuel electrode exhaust gas 126 for recycling the desulfurizer includes the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening degree of the flow control valve 122 (that is, desulfurization). Based on the relationship of the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 126 for recycler), the opening degree of the flow control valve 122 is controlled to set a value corresponding to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel.

ＣＯシフトコンバータ４でつくられた一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた燃料極排出ガス１２４の一部は、前述したように脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス１２６として脱硫器２に供給し、残りは、一酸化炭素濃度が１００ｐｐｍ以上であると固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６に供給した場合に電極触媒の劣化原因となるので、一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させるために、ＣＯ選択酸化器用燃料極排出ガス１２５として、白金、ルテニウム等の貴金属系触媒がＣＯ選択酸化触媒として充填されたＣＯ選択酸化器５に供給する。ＣＯ選択酸化器５では、ＣＯ選択酸化器用燃料極排出ガス１２５中に含まれる一酸化炭素を（８）式に示したようにＣＯ選択酸化器用空気３３中の酸素と反応させることによって二酸化炭素に変換し、ＣＯ選択酸化器用燃料極排出ガス１２５中の一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させる。   A part of the fuel electrode exhaust gas 124 produced by the CO shift converter 4 with the carbon monoxide concentration reduced to 1% or less is supplied to the desulfurizer 2 as the fuel electrode exhaust gas 126 for desulfurizer recycling as described above. The remaining carbon monoxide concentration of 100 ppm or more causes deterioration of the electrode catalyst when supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, so the carbon monoxide concentration is reduced to the ppm order. Therefore, as the CO selective oxidizer fuel electrode exhaust gas 125, a noble metal catalyst such as platinum or ruthenium is supplied to the CO selective oxidizer 5 filled as a CO selective oxidation catalyst. In the CO selective oxidizer 5, carbon monoxide contained in the CO selective oxidizer fuel electrode exhaust gas 125 is reacted with oxygen in the CO selective oxidizer air 33 as shown in the equation (8) to form carbon dioxide. The carbon monoxide concentration in the fuel electrode exhaust gas 125 for the CO selective oxidizer is reduced to the order of ppm.

ＣＯ選択酸化器５でつくられた一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させた燃料極排出ガス１２０に含まれる未反応水蒸気は、凝縮器３９で１００℃以下に冷却することによって、凝縮水４１として回収する。凝縮器３９で未反応水蒸気を凝縮させた燃料極排出ガス１２１は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６に供給する。   The unreacted water vapor contained in the fuel electrode exhaust gas 120 having the carbon monoxide concentration produced by the CO selective oxidizer 5 reduced to the order of ppm is cooled to 100 ° C. or less by the condenser 39, thereby producing condensed water 41. to recover. The fuel electrode exhaust gas 121 in which the unreacted water vapor is condensed by the condenser 39 is supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9.

燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として、改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給する。改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量は、予め設定されていた流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁５９の開度（すなわち、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量）と流量制御弁１００の開度（すなわち、改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１００の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対しで、改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction is reformed as a reformer combustor exhaust gas 103 by mixing it with a mixed gas 28 of reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. Supply to vessel 3. The supply amount of the reformer combustor exhaust gas 103 includes the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening degree of the flow control valve 59 (that is, the improvement). The opening degree of the flow rate control valve 100 is determined based on the relationship between the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 60 for recycler and the opening degree of the flow control valve 100 (that is, the supply amount of the reformer combustor exhaust gas 103). By controlling, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas is set to a predetermined value with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel.

本実施形態においても、改質器３での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器３に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to make up for the shortage of water vapor in the reformer 3, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is modified as the reformer combustor exhaust gas 103. Since the gas is supplied to the mass device 3, it is not necessary to newly supply the natural gas 1 as fuel from the outside to generate water vapor, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図７に示した実施形態では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給することによって、改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する改質器の性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the embodiment shown in FIG. 7, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel cell When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the combustor exhaust gas containing water vapor discharged from the combustor 92 A part of 93 is mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas as the reformer combustor exhaust gas 103 and supplied to the reformer 3. It is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas to be lower than a predetermined value. For this reason, the steam reforming performance of the reformer due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1, which is the fuel due to the lack of reforming steam, and carbon deposition does not occur. It is possible to continue stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態８）
図８は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態８とする）を示す構成図である。図８において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６及び図７と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 8)
FIG. 8 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this is referred to as embodiment 8). 8, the same parts as those in FIGS. 19, 1, 2, 3, 4, 4, 5, 6 and 7 described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図８を用いて実施形態８を説明する。本実施形態は、図７に示した実施形態７とは、図８に示したように、燃焼器用空気９１を燃焼器９２に供給する代わりに、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の空気極排出ガス６３を燃焼反応用酸素源として燃焼器９２に供給する点が大きく異なる。   Embodiment 8 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the seventh embodiment shown in FIG. 7 in that the air electrode of the solid oxide fuel cell stack 57 is used instead of supplying the combustor air 91 to the combustor 92 as shown in FIG. The difference is that the exhaust gas 63 is supplied to the combustor 92 as an oxygen source for combustion reaction.

次に、本実施形態の作用について、図８を参照して説明する。燃焼器９２では、燃焼器用燃料極排出ガス６４中の未反応燃料、未反応水素及び未反応一酸化炭素を固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の空気極排出ガス６３中の酸素と燃焼反応させ、燃焼器排出ガス９３を排出する。燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部は、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給する。改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁５９の開度（すなわち、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量）と流量制御弁１００の開度（すなわち、改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１００の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. In the combustor 92, the unreacted fuel, unreacted hydrogen, and unreacted carbon monoxide in the combustor fuel electrode exhaust gas 64 are subjected to combustion reaction with oxygen in the air electrode exhaust gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57. Then, the combustor exhaust gas 93 is discharged. A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction is mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas as the reformer combustor exhaust gas 103, and the reformer. 3 is supplied. The amount of supply of the reformer combustor exhaust gas 103 includes the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening degree of the flow control valve 59 (that is, reforming). The opening degree of the flow control valve 100 is controlled based on the relationship between the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 60 for recycler) and the opening degree of the flow control valve 100 (that is, the supply amount of the reformer combustor exhaust gas 103). Thus, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas is set to a predetermined value with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel.

本実施形態においても、改質器３での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器３に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to make up for the shortage of water vapor in the reformer 3, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is modified as the reformer combustor exhaust gas 103. Since the gas is supplied to the mass device 3, it is not necessary to newly supply the natural gas 1 as fuel from the outside to generate water vapor, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図８に示した実施形態では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給することによって、改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する改質器の性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the embodiment shown in FIG. 8, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel cell When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the combustor exhaust gas containing water vapor discharged from the combustor 92 A part of 93 is mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas as the reformer combustor exhaust gas 103 and supplied to the reformer 3. It is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas from being reduced from a predetermined value. For this reason, the steam reforming performance of the reformer due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1, which is the fuel due to the lack of reforming steam, and carbon deposition does not occur. It is possible to continue stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態９）
図９は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態９とする）を示す構成図である。図９において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７及び図８と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 9)
FIG. 9 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this is referred to as Embodiment 9). 9, the same parts as those shown in FIGS. 19, 1, 2, 3, 4, 4, 5, 6, 7 and 8 described above are denoted by the same reference numerals, and the description of these parts is omitted. Omitted.

図９を用いて実施形態９を説明する。本実施形態は、図７に示した実施形態７とは、図９に示したように、燃焼器用空気９１を燃焼器９２に供給する代わりに、固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極排出ガス１７を燃焼反応用酸素源として燃焼器９２に供給する点が大きく異なる。   Embodiment 9 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the seventh embodiment shown in FIG. 7 in that the air electrode of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is used instead of supplying the combustor air 91 to the combustor 92 as shown in FIG. The difference is that the exhaust gas 17 is supplied to the combustor 92 as an oxygen source for combustion reaction.

次に、本実施形態の作用について、図９を参照して説明する。燃焼器９２では、燃焼器用燃料極排出ガス６４中の未反応燃料、未反応水素及び未反応一酸化炭素を固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極排出ガス１７中の未反応酸素と燃焼反応させ、燃焼器排出ガス９３を排出する。燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部は、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給する。改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁５９の開度（すなわち、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量）と流量制御弁１００の開度（すなわち、燃焼改質器用器排出ガス１０３の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１００の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. In the combustor 92, unreacted fuel, unreacted hydrogen and unreacted carbon monoxide in the combustor fuel electrode exhaust gas 64 are combusted with unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 17 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. It is made to react and the combustor exhaust gas 93 is discharged. A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction is mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas as the reformer combustor exhaust gas 103, and the reformer. 3 is supplied. The amount of supply of the reformer combustor exhaust gas 103 includes the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening degree of the flow control valve 59 (that is, reforming). The opening of the flow control valve 100 is controlled based on the relationship between the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 60 for recycler) and the opening of the flow control valve 100 (that is, the supply amount of the combustion reformer device exhaust gas 103). By doing so, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas is set to a predetermined value with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel.

本実施形態においても、改質器３での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器３に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to make up for the shortage of water vapor in the reformer 3, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is modified as the reformer combustor exhaust gas 103. Since the gas is supplied to the mass device 3, it is not necessary to newly supply the natural gas 1 as fuel from the outside to generate water vapor, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図９に示した実施形態では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給することによって、改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する改質器の性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the embodiment shown in FIG. 9, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel cell When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the combustor exhaust gas containing water vapor discharged from the combustor 92 A part of 93 is mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas as the reformer combustor exhaust gas 103 and supplied to the reformer 3. It is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas from being reduced from a predetermined value. For this reason, the steam reforming performance of the reformer due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1, which is the fuel due to the lack of reforming steam, and carbon deposition does not occur. It is possible to continue stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態１０）
図１０は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態１０とする）を示す構成図である。図１０において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８及び図９と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 10)
FIG. 10 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this is referred to as Embodiment 10). 10, the same parts as those shown in FIGS. 19, 1, 2, 3, 4, 4, 5, 6, 7, 8, and 9 are denoted by the same reference numerals. The description is omitted.

図１０において、１９１は水素分離器用燃料極排出ガスを表す。   In FIG. 10, 191 represents the fuel electrode exhaust gas for the hydrogen separator.

図１０を用いて実施形態１０を説明する。本実施形態は、図７に示した実施形態７とは、図１０に示したように、ＣＯ選択酸化器５と凝縮器３９の代わりに水素分離器１１１と凝縮器１１３を設けた点が大きく異なる。   The tenth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 7 shown in FIG. 7 in that a hydrogen separator 111 and a condenser 113 are provided in place of the CO selective oxidizer 5 and the condenser 39 as shown in FIG. Different.

次に、本実施形態の作用について、図１０を参照して説明する。水素分離器用燃料極排出ガス１９１は、パラジウム膜やマイクロポーラスなセラミック膜等の水素分離手段を有する水素分離器１１１に供給され、水素１１６が分離される。その際、効率的な水素分離を行うために、必要に応じて水素分離器用改質ガス１１０の加圧を行う。水素１１６は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６に供給し、固体高分子形燃料電池セルスタック用空気３２中の酸素と電気化学的に反応させることによって固体高分子形燃料電池セルスタック９の発電を行う。水素からなる燃料極水素排出ガス１１７は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端効率を向上させるために、すべて燃料極６にリサイクルして発電に利用する。しかし、燃料極水素排出ガス１１７中には、水素以外の不純物が若干含まれるので、パージ弁１１８を間欠的に開け、パージガス１１９を放出する。水素分離器排出ガス１１２は、凝縮器１１３で凝縮水１１４を凝縮させた後に、水素分離器乾燥排出ガス１１５として排出する。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. The hydrogen separator fuel electrode exhaust gas 191 is supplied to a hydrogen separator 111 having hydrogen separation means such as a palladium membrane or a microporous ceramic membrane, and hydrogen 116 is separated. At that time, in order to perform efficient hydrogen separation, the reforming gas 110 for the hydrogen separator is pressurized as necessary. Hydrogen 116 is supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 and electrochemically reacted with oxygen in the air 32 for the polymer electrolyte fuel cell stack, thereby causing a polymer electrolyte fuel cell. Power generation of the cell stack 9 is performed. The fuel electrode hydrogen exhaust gas 117 made of hydrogen is all recycled to the fuel electrode 6 and used for power generation in order to improve the power transmission end efficiency of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. However, since the fuel electrode hydrogen exhaust gas 117 contains some impurities other than hydrogen, the purge valve 118 is opened intermittently and the purge gas 119 is released. The hydrogen separator exhaust gas 112 is discharged as the hydrogen separator dry exhaust gas 115 after the condensed water 114 is condensed by the condenser 113.

本実施形態においても、改質器３での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器３に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to make up for the shortage of water vapor in the reformer 3, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is modified as the reformer combustor exhaust gas 103. Since the gas is supplied to the mass device 3, it is not necessary to newly supply the natural gas 1 as fuel from the outside to generate water vapor, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図１０に示した実施形態では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給することによって、改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する改質器の性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the embodiment shown in FIG. 10, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel cell When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the combustor exhaust gas containing water vapor discharged from the combustor 92 A part of 93 is mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas as the reformer combustor exhaust gas 103 and supplied to the reformer 3. It is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas from being reduced from a predetermined value. For this reason, the steam reforming performance of the reformer due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1, which is the fuel due to the lack of reforming steam, and carbon deposition does not occur. It is possible to continue stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態１１）
図１１は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態１１とする）を示す構成図である。図１１において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９及び図１０と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 11)
FIG. 11 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this is referred to as Embodiment 11). In FIG. 11, the same parts as those in FIGS. 19, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10 described above are denoted by the same reference numerals. The description of those is omitted.

図１１を用いて実施形態１１を説明する。本実施形態は、図１０に示した実施形態１０とは、図１１に示したように、燃焼器用空気９１を燃焼器９２に供給する代わりに、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の空気極排出ガス６３を燃焼反応用酸素源として燃焼器９２に供給する点が大きく異なる。   Embodiment 11 will be described with reference to FIG. This embodiment differs from the tenth embodiment shown in FIG. 10 in that the air electrode of the solid oxide fuel cell stack 57 instead of supplying the combustor air 91 to the combustor 92 as shown in FIG. The difference is that the exhaust gas 63 is supplied to the combustor 92 as an oxygen source for combustion reaction.

次に、本実施形態の作用について、図１１を参照して説明する。燃焼器９２では、燃焼器用燃料極排出ガス６４中の未反応燃料、未反応水素及び未反応一酸化炭素を固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の空気極排出ガス６３中の酸素と燃焼反応させ、燃焼器排出ガス９３を排出する。燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部は、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給する。改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁５９の開度（すなわち、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量）と流量制御弁１００の開度（すなわち、燃焼改質器用器排出ガス１０３の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１００の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. In the combustor 92, the unreacted fuel, unreacted hydrogen, and unreacted carbon monoxide in the combustor fuel electrode exhaust gas 64 are subjected to combustion reaction with oxygen in the air electrode exhaust gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57. Then, the combustor exhaust gas 93 is discharged. A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction is mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas as the reformer combustor exhaust gas 103, and the reformer. 3 is supplied. The amount of supply of the reformer combustor exhaust gas 103 includes the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening degree of the flow control valve 59 (that is, reforming). The opening of the flow control valve 100 is controlled based on the relationship between the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 60 for recycler) and the opening of the flow control valve 100 (that is, the supply amount of the combustion reformer device exhaust gas 103). By doing so, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas is set to a predetermined value with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel.

本実施形態においても、改質器３での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器３に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to make up for the shortage of water vapor in the reformer 3, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is modified as the reformer combustor exhaust gas 103. Since the gas is supplied to the mass device 3, it is not necessary to newly supply the natural gas 1 as fuel from the outside to generate water vapor, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図１１に示した実施形態では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給することによって、改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する改質器の性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the embodiment shown in FIG. 11, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel cell. When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the combustor exhaust gas containing water vapor discharged from the combustor 92 A part of 93 is mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas as the reformer combustor exhaust gas 103 and supplied to the reformer 3. It is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas from being reduced from a predetermined value. For this reason, the steam reforming performance of the reformer due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1, which is the fuel due to the lack of reforming steam, and carbon deposition does not occur. It is possible to continue stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態１２）
図１２は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態１２とする）を示す構成図である。図１２において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０及び図１１と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 Embodiment 12
FIG. 12 is a block diagram showing still another embodiment (referred to as Embodiment 12) of the fuel cell power generation system according to the present invention. 12, the same parts as those shown in FIGS. 19, 1, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, and 11 are denoted by the same reference numerals. The description of these items is omitted.

図１２を用いて実施形態１２を説明する。本実施形態は、図１０に示した実施形態１０とは、図１２に示したように、燃焼器用空気９１を燃焼器９２に供給する代わりに、固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極排出ガス１７を燃焼反応用酸素源として燃焼器９２に供給する点が大きく異なる。   A twelfth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the tenth embodiment shown in FIG. 10 in that the air electrode of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is used instead of supplying the combustor air 91 to the combustor 92 as shown in FIG. The difference is that the exhaust gas 17 is supplied to the combustor 92 as an oxygen source for combustion reaction.

次に、本実施形態の作用について、図１２を参照して説明する。燃焼器９２では、燃焼器用燃料極排出ガス６４中の未反応燃料、未反応水素及び未反応一酸化炭素を固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極排出ガス１７中の未反応酸素と燃焼反応させ、燃焼器排出ガス９３を排出する。燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部は、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給する。改質器用燃焼器排出ガス１０３の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁５９の開度（すなわち、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０の供給量）と流量制御弁１００の開度（すなわち、燃焼改質器用器排出ガス１０３の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１００の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. In the combustor 92, unreacted fuel, unreacted hydrogen and unreacted carbon monoxide in the combustor fuel electrode exhaust gas 64 are combusted with unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 17 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. It is made to react and the combustor exhaust gas 93 is discharged. A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction is mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas as the reformer combustor exhaust gas 103, and the reformer. 3 is supplied. The amount of supply of the reformer combustor exhaust gas 103 includes the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening degree of the flow control valve 59 (that is, reforming). The opening of the flow control valve 100 is controlled based on the relationship between the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 60 for recycler) and the opening of the flow control valve 100 (that is, the supply amount of the combustion reformer device exhaust gas 103). By doing so, the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas is set to a predetermined value with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel.

本実施形態においても、改質器３での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器３に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to make up for the shortage of water vapor in the reformer 3, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is modified as the reformer combustor exhaust gas 103. Since the gas is supplied to the mass device 3, it is not necessary to newly supply the natural gas 1 as fuel from the outside to generate water vapor, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図１２に示した実施形態では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、改質器用燃焼器排出ガス１０３として改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８に混ぜて改質器３に供給することによって、改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する改質器の性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the embodiment shown in FIG. 12, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel cell When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the combustor exhaust gas containing water vapor discharged from the combustor 92 A part of 93 is mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas as the reformer combustor exhaust gas 103 and supplied to the reformer 3. It is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas to be lower than a predetermined value. For this reason, the steam reforming performance of the reformer due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1, which is the fuel due to the lack of reforming steam, and carbon deposition does not occur. It is possible to continue stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態１３）
図１３は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態１３とする）を示す構成図である。図１３において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１及び図１２と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 13)
FIG. 13 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this is referred to as Embodiment 13). In FIG. 13, the same parts as those in FIGS. 19, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, and 12 are the same. These are denoted by reference numerals, and description thereof will be omitted.

図１３において、１９２は固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガス、１９３は固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガス１９２の供給量を制御する流量制御弁、１９４は固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス、１９５は固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６の供給量を制御する流量制御弁、１９６は固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガスを表す。   In FIG. 13, reference numeral 192 denotes a fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack, 193 denotes a flow rate control valve for controlling the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 192 for recycling the solid oxide fuel cell stack, 194 denotes A mixed gas of fuel electrode exhaust gas for recycling solid oxide fuel cell stack and desulfurized natural gas, 195 is a flow control valve for controlling the supply amount of combustor exhaust gas 196 for solid oxide fuel cell stack, 196 It represents a combustor exhaust gas for a solid oxide fuel cell stack.

図１３を用いて実施形態１３を説明する。本実施形態は、図７に示した実施形態７とは、図１３に示したように改質器３が不要で、固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４をそのまま固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給し、燃料極５４で燃料である天然ガス１に含まれる炭化水素の水蒸気改質反応を行わせる点が大きく異なる。   A thirteenth embodiment will be described with reference to FIG. The present embodiment differs from the seventh embodiment shown in FIG. 7 in that the reformer 3 is not required as shown in FIG. 13, and the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas The difference is that the mixed gas 194 is supplied as it is to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 and the fuel electrode 54 performs a steam reforming reaction of hydrocarbons contained in the natural gas 1 as fuel.

次に、本実施形態の作用について、図１３を参照して説明する。本実施形態では、脱硫器２で脱硫された脱硫天然ガス２９は、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電に伴って生成した水蒸気を含む固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガス１９２と混合し、固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４として固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する。固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガス１９２の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）と流量制御弁１９３の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガス１９２の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１９３の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the desulfurized natural gas 29 desulfurized by the desulfurizer 2 is the anode discharge for recycling the solid oxide fuel cell stack containing water vapor generated with the power generation of the solid oxide fuel cell stack 57. It is mixed with the gas 192 and supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 as a mixed gas 194 of the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas. The supply amount of the anode discharge gas 192 for recycling the solid oxide fuel cell stack is determined by setting the opening degree of the flow rate control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the flow rate control valve 193. By controlling the opening of the flow rate control valve 193 based on the relationship of the opening (that is, the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 192 for recycling the solid oxide fuel cell stack), the natural gas 1 that is the fuel is controlled. The steam carbon ratio of the mixed gas 194 of the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas is set to a predetermined value with respect to the supply amount.

固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４では、燃料極触媒の働きにより燃料である天然ガス１に含まれる炭化水素（主にメタン）の水蒸気改質反応が行われ、水素と一酸化炭素が生成する。燃料極５４で生成した水素と一酸化炭素がその場で（３）式及び（４）式に示した燃料極反応により消費され、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電が行われる。炭化水素の水蒸気改質反応は吸熱反応であるので、固体酸化物燃料電池セルスタック５７の発熱を炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱として利用する。固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電温度は、一般的に８００〜１０００℃であり、電池反応による発熱により発電温度が維持されている。このため、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発熱を、前述したように燃料極５４での炭化水素の水蒸気改質反応の反応熱として利用することができる。   In the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, a steam reforming reaction of hydrocarbons (mainly methane) contained in the natural gas 1 as a fuel is performed by the action of the fuel electrode catalyst, and hydrogen and monoxide are oxidized. Carbon is produced. Hydrogen and carbon monoxide generated in the fuel electrode 54 are consumed on the spot by the fuel electrode reaction shown in the equations (3) and (4), and the solid oxide fuel cell stack 57 is generated. Since the hydrocarbon steam reforming reaction is an endothermic reaction, the heat generated in the solid oxide fuel cell stack 57 is used as the reaction heat necessary for the hydrocarbon steam reforming reaction. The power generation temperature of the solid oxide fuel cell stack 57 is generally 800 to 1000 ° C., and the power generation temperature is maintained by the heat generated by the battery reaction. Therefore, the heat generated by the solid oxide fuel cell stack 57 can be used as the reaction heat of the hydrocarbon steam reforming reaction at the fuel electrode 54 as described above.

燃焼器９２で燃焼反応により生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部は、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４に混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する。固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁１９３の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガス１９２の供給量）と流量制御弁１９５の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１９５の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction in the combustor 92 is discharged as a solid oxide fuel cell stack combustor exhaust gas 196 as a solid oxide fuel cell stack recycling anode electrode. The mixed gas 194 of gas and desulfurized natural gas is mixed and supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. The supply amount of the combustor exhaust gas 196 for the solid oxide fuel cell stack is based on the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening of the flow control valve 193. (That is, the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 192 for recycling the solid oxide fuel cell stack) and the opening degree of the flow control valve 195 (that is, the supply of the combustor exhaust gas 196 for the solid oxide fuel cell stack) Based on the relationship of the amount), the degree of opening of the flow rate control valve 195 is controlled, so that the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel The steam carbon ratio of the gas mixture gas 194 is set to a predetermined value.

本実施形態においても、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to make up for the shortage of water vapor at the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, a part of the combustor exhaust gas 93 including water vapor discharged from the combustor 92 is solidified. Since the oxide gas fuel cell stack combustor exhaust gas 196 is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, the natural gas 1 as the fuel is newly supplied from the outside to generate water vapor. Is not required, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図１３に示した実施形態では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４に混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給することによって、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the embodiment shown in FIG. 13, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the cell current of the fuel cell DC output 22 is larger than the cell current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel cell When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the combustor exhaust gas containing water vapor discharged from the combustor 92 93 is mixed with a solid oxide fuel cell stack combustor exhaust gas 196 into a solid oxide fuel cell stack recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas mixed gas 194 to form a solid oxide fuel cell stack. By supplying the fuel electrode 54 of the fuel cell stack 57 to the fuel electrode 54, the solid oxide supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. Can be steam carbon ratio of the fuel cell stack for recycling anode exhaust gas and the mixture gas 194 of the desulfurization of natural gas can be inhibited to lower than a predetermined value. For this reason, the power generation performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 which is the fuel due to the shortage of reforming steam and carbon deposition does not occur, It is possible to continue the power generation of the fuel cell power generation system stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態１４）
図１４は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態１４とする）を示す構成図である。図１４において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２及び図１３と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 14)
FIG. 14 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 14). 14, the same as FIG. 19, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. Items are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図１４を用いて実施形態１４を説明する。本実施形態は、図１３に示した実施形態１３とは、図１４に示したように、燃焼器用空気９１を燃焼器９２に供給する代わりに、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の空気極排出ガス６３を燃焼反応用酸素源として燃焼器９２に供給する点が大きく異なる。   Embodiment 14 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the thirteenth embodiment shown in FIG. 13 in that the air electrode of the solid oxide fuel cell stack 57 is used instead of supplying the combustor air 91 to the combustor 92 as shown in FIG. The difference is that the exhaust gas 63 is supplied to the combustor 92 as an oxygen source for combustion reaction.

次に、本実施形態の作用について、図１４を参照して説明する。燃焼器９２では、燃焼器用燃料極排出ガス６４中の未反応燃料、未反応水素及び未反応一酸化炭素を固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の空気極排出ガス６３中の未反応酸素と燃焼反応させ、燃焼器排出ガス９３を排出する。燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部は、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４に混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する。固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁１９３の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガス１９２の供給量）と流量制御弁１９５の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１９５の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the combustor 92, unreacted fuel, unreacted hydrogen and unreacted carbon monoxide in the combustor fuel electrode exhaust gas 64 are combusted with unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57. It is made to react, and combustor exhaust gas 93 is discharged. A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction is combusted as a combustor exhaust gas 196 for a solid oxide fuel cell stack. It is mixed with a gas mixture gas 194 and supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. The supply amount of the combustor exhaust gas 196 for the solid oxide fuel cell stack is based on the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening of the flow control valve 193. (That is, the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 192 for recycling the solid oxide fuel cell stack) and the opening degree of the flow control valve 195 (that is, the supply of the combustor exhaust gas 196 for the solid oxide fuel cell stack) Based on the relationship of the amount), the degree of opening of the flow rate control valve 195 is controlled, so that the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel The steam carbon ratio of the gas mixture gas 194 is set to a predetermined value.

本実施形態においても、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to make up for the shortage of water vapor at the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, a part of the combustor exhaust gas 93 including water vapor discharged from the combustor 92 is solidified. Since the oxide gas fuel cell stack combustor exhaust gas 196 is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, the natural gas 1 as the fuel is newly supplied from the outside to generate water vapor. Is not required, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図１４に示した実施形態では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４に混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給することによって、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the embodiment shown in FIG. 14, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the cell current of the fuel cell DC output 22 is larger than the cell current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel cell When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the combustor exhaust gas containing water vapor discharged from the combustor 92 93 is mixed with a solid oxide fuel cell stack combustor exhaust gas 196 into a solid oxide fuel cell stack recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas mixed gas 194 to form a solid oxide fuel cell stack. By supplying the fuel electrode 54 of the fuel cell stack 57 to the fuel electrode 54, the solid oxide supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. Can be steam carbon ratio of the fuel cell stack for recycling anode exhaust gas and the mixture gas 194 of the desulfurization of natural gas can be inhibited to lower than a predetermined value. For this reason, the power generation performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 which is the fuel due to the shortage of reforming steam and carbon deposition does not occur, It is possible to continue the power generation of the fuel cell power generation system stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態１５）
図１５は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態１５とする）を示す構成図である。図１５において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３及び図１４と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 15)
FIG. 15 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this is referred to as embodiment 15). 15, FIG. 19, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. The same parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図１５を用いて実施形態１５を説明する。本実施形態は、図１３に示した実施形態１３とは、図１５に示したように燃焼器用空気９１を燃焼器９２に供給する代わりに、固体高分子形燃料電池セルスタック８の空気極排出ガス７を燃焼反応用酸素源として燃焼器９２に供給する点が大きく異なる。   Embodiment 15 will be described with reference to FIG. This embodiment differs from the thirteenth embodiment shown in FIG. 13 in that the cathode discharge of the polymer electrolyte fuel cell stack 8 is performed instead of supplying the combustor air 91 to the combustor 92 as shown in FIG. The difference is that the gas 7 is supplied to the combustor 92 as an oxygen source for combustion reaction.

次に、本実施形態の作用について、図１５を参照して説明する。燃焼器９２では、燃焼器用燃料極排出ガス６４中の未反応燃料、未反応水素及び未反応一酸化炭素を固体高分子形燃料電池セルスタック８の空気極排出ガス７中の未反応酸素と燃焼反応させ、燃焼器排出ガス９３を排出する。燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部は、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４に混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する。固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁１９３の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガス１９２の供給量）と流量制御弁１９５の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１９５の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the combustor 92, unreacted fuel, unreacted hydrogen and unreacted carbon monoxide in the combustor fuel electrode exhaust gas 64 are combusted with unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 7 of the polymer electrolyte fuel cell stack 8. It is made to react and the combustor exhaust gas 93 is discharged. A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction is combusted as a combustor exhaust gas 196 for a solid oxide fuel cell stack. It is mixed with a gas mixture gas 194 and supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. The supply amount of the combustor exhaust gas 196 for the solid oxide fuel cell stack is based on the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening of the flow control valve 193. (That is, the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 192 for recycling the solid oxide fuel cell stack) and the opening degree of the flow control valve 195 (that is, the supply of the combustor exhaust gas 196 for the solid oxide fuel cell stack) Based on the relationship of the amount), the degree of opening of the flow rate control valve 195 is controlled, so that the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel The steam carbon ratio of the gas mixture gas 194 is set to a predetermined value.

本実施形態においても、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to make up for the shortage of water vapor at the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, a part of the combustor exhaust gas 93 including water vapor discharged from the combustor 92 is solidified. Since the oxide gas fuel cell stack combustor exhaust gas 196 is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, the natural gas 1 as the fuel is newly supplied from the outside to generate water vapor. Is not required, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図１５に示した実施形態では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４に混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給することによって、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the embodiment shown in FIG. 15, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel cell When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the combustor exhaust gas containing water vapor discharged from the combustor 92 93 is mixed with a solid oxide fuel cell stack combustor exhaust gas 196 into a solid oxide fuel cell stack recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas mixed gas 194 to form a solid oxide fuel cell stack. By supplying the fuel electrode 54 of the fuel cell stack 57 to the fuel electrode 54, the solid oxide supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. Can be steam carbon ratio of the fuel cell stack for recycling anode exhaust gas and the mixture gas 194 of the desulfurization of natural gas can be inhibited to lower than a predetermined value. For this reason, the power generation performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 which is the fuel due to the shortage of reforming steam and carbon deposition does not occur, It is possible to continue the power generation of the fuel cell power generation system stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態１６）
図１６は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態１６とする）を示す構成図である。図１６において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５及び図１６と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 16)
FIG. 16 is a block diagram showing still another embodiment (referred to as Embodiment 16) of the fuel cell power generation system according to the present invention. 16, FIG. 19, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 15 and FIG. 16 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図１６を用いて実施形態１６を説明する。本実施形態は、図１３に示した実施形態１３とは、図１６に示したように、ＣＯ選択酸化器５と凝縮器３９の代わりに水素分離器１１１と凝縮器１１３を設けた点が大きく異なる。   Embodiment 16 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the thirteenth embodiment shown in FIG. 13 in that a hydrogen separator 111 and a condenser 113 are provided in place of the CO selective oxidizer 5 and the condenser 39 as shown in FIG. Different.

次に、本実施形態の作用について、図１６を参照して説明する。水素分離器用燃料極排出ガス１９１は、パラジウム膜やマイクロポーラスなセラミック膜等の水素分離手段を有する水素分離器１１１に供給され、水素１１６が分離される。その際、効率的な水素分離を行うために、必要に応じて水素分離器用改質ガス１１０の加圧を行う。水素１１６は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の燃料極６に供給し、固体高分子形燃料電池セルスタック用空気３２中の酸素と電気化学的に反応させることによって固体高分子形燃料電池セルスタック９の発電を行う。水素からなる燃料極水素排出ガス１１７は、固体高分子形燃料電池セルスタック９の送電端効率を向上させるために、すべて燃料極６にリサイクルして発電に利用する。しかし、燃料極水素排出ガス１１７中には、水素以外の不純物が若干含まれるので、パージ弁１１８を間欠的に開け、パージガス１１９を放出する。水素分離器排出ガス１１２は、凝縮器１１３で凝縮水１１４を凝縮させた後に、水素分離器乾燥排出ガス１１５として排出する。   Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. The hydrogen separator fuel electrode exhaust gas 191 is supplied to a hydrogen separator 111 having hydrogen separation means such as a palladium membrane or a microporous ceramic membrane, and hydrogen 116 is separated. At that time, in order to perform efficient hydrogen separation, the reforming gas 110 for the hydrogen separator is pressurized as necessary. Hydrogen 116 is supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 and electrochemically reacted with oxygen in the air 32 for the polymer electrolyte fuel cell stack, thereby causing a polymer electrolyte fuel cell. Power generation of the cell stack 9 is performed. The fuel electrode hydrogen exhaust gas 117 made of hydrogen is all recycled to the fuel electrode 6 and used for power generation in order to improve the power transmission end efficiency of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. However, since the fuel electrode hydrogen exhaust gas 117 contains some impurities other than hydrogen, the purge valve 118 is opened intermittently and the purge gas 119 is released. The hydrogen separator exhaust gas 112 is discharged as the hydrogen separator dry exhaust gas 115 after the condensed water 114 is condensed by the condenser 113.

本実施形態においても、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガスに混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to compensate for the shortage of water vapor at the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, a part of the combustor exhaust gas 93 including water vapor discharged from the combustor 92 is solidified. The fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 is mixed with the mixed gas of the fuel electrode exhaust gas for the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas as the combustor exhaust gas 196 for the oxide fuel cell stack. Therefore, it is not necessary to newly supply the natural gas 1 as fuel from the outside to generate water vapor, and the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図１６に示した実施形態では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４に混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給することによって、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the embodiment shown in FIG. 16, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel cell When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the combustor exhaust gas containing water vapor discharged from the combustor 92 93 is mixed with a mixed gas 194 of a solid oxide fuel cell stack refueling anode discharge gas and desulfurized natural gas as a solid oxide fuel cell stack combustor exhaust gas 196 to form a solid oxide fuel cell stack. By supplying the fuel electrode 54 of the fuel cell stack 57 to the fuel electrode 54, the solid oxide supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. Can be steam carbon ratio of the fuel cell stack for recycling anode exhaust gas and the mixture gas 194 of the desulfurization of natural gas can be inhibited to lower than a predetermined value. For this reason, the power generation performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 which is the fuel due to the shortage of reforming steam and carbon deposition does not occur, It is possible to continue the power generation of the fuel cell power generation system stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態１７）
図１７は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態１７とする）を示す構成図である。図１７において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５及び図１６と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 17)
FIG. 17 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 17). 17, FIG. 19, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 15 and FIG. 16 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図１７を用いて実施形態１７を説明する。本実施形態は、図１６に示した実施形態１６とは、図１７に示したように、燃焼器用空気９１を燃焼器９２に供給する代わりに、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の空気極排出ガス６３を燃焼反応用酸素源として燃焼器９２に供給する点が大きく異なる。   Embodiment 17 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 16 shown in FIG. 16 in that the air electrode of the solid oxide fuel cell stack 57 is used instead of supplying the combustor air 91 to the combustor 92 as shown in FIG. The difference is that the exhaust gas 63 is supplied to the combustor 92 as an oxygen source for combustion reaction.

次に、本実施形態の作用について、図１７を参照して説明する。燃焼器９２では、燃焼器用燃料極排出ガス６４中の未反応燃料、未反応水素及び未反応一酸化炭素を固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の空気極排出ガス６３中の未反応酸素と燃焼反応させ、燃焼器排出ガス９３を排出する。燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部は、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４に混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する。固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁１９３の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガス１９２の供給量）と流量制御弁１９５の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１９５の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. In the combustor 92, unreacted fuel, unreacted hydrogen and unreacted carbon monoxide in the combustor fuel electrode exhaust gas 64 are combusted with unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57. It is made to react, and combustor exhaust gas 93 is discharged. A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction is combusted as a combustor exhaust gas 196 for a solid oxide fuel cell stack. It is mixed with a gas mixture gas 194 and supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. The supply amount of the combustor exhaust gas 196 for the solid oxide fuel cell stack is based on the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening of the flow control valve 193. (That is, the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 192 for recycling the solid oxide fuel cell stack) and the opening degree of the flow control valve 195 (that is, the supply of the combustor exhaust gas 196 for the solid oxide fuel cell stack) Based on the relationship of the amount), the degree of opening of the flow rate control valve 195 is controlled, so that the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel The steam carbon ratio of the gas mixture gas 194 is set to a predetermined value.

本実施形態でも、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to compensate for the shortage of water vapor at the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is solid-oxidized. Since it is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 as the combustor exhaust gas 196 for the physical fuel cell stack, it is possible to newly supply the natural gas 1 as the fuel from the outside to generate water vapor. It is unnecessary and does not reduce the power generation efficiency of the fuel cell power generation system.

図１７に示した実施形態では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４に混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給することによって、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the embodiment shown in FIG. 17, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel cell When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the combustor exhaust gas containing water vapor discharged from the combustor 92 93 is mixed with a mixed gas 194 of a solid oxide fuel cell stack refueling anode discharge gas and desulfurized natural gas as a solid oxide fuel cell stack combustor exhaust gas 196 to form a solid oxide fuel cell stack. By supplying the fuel electrode 54 of the fuel cell stack 57 to the fuel electrode 54, the solid oxide supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. Can be steam carbon ratio of the fuel cell stack for recycling anode exhaust gas and the mixture gas 194 of the desulfurization of natural gas can be inhibited to lower than a predetermined value. For this reason, the power generation performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 which is the fuel due to the shortage of reforming steam and carbon deposition does not occur, It is possible to continue the power generation of the fuel cell power generation system stably without reducing the power generation efficiency.

（実施形態１８）
図１８は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態（これを実施形態１８とする）を示す構成図である。図１８において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６及び図１７と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。 (Embodiment 18)
FIG. 18 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this is referred to as embodiment 18). 18, FIG. 19, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 15, 16, and 17 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図１８を用いて実施形態１８を説明する。本実施形態は、図１６に示した実施形態１６とは、図１８に示したように、燃焼器用空気９１を燃焼器９２に供給する代わりに、固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極排出ガス８を燃焼反応用酸素源として燃焼器９２に供給する点が大きく異なる。   Embodiment 18 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 16 shown in FIG. 16 in that the air electrode of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is used instead of supplying the combustor air 91 to the combustor 92 as shown in FIG. The difference is that the exhaust gas 8 is supplied to the combustor 92 as an oxygen source for combustion reaction.

次に、本実施形態の作用について、図１８を参照して説明する。燃焼器９２では、燃焼器用燃料極排出ガス６４中の未反応燃料、未反応水素及び未反応一酸化炭素を固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極排出ガス８中の未反応酸素と燃焼反応させ、燃焼器排出ガス９３を排出する。燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部は、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４に混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する。固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６の供給量は、予め設定された流量制御弁３７の開度（すなわち、燃料である天然ガス１の供給量）及び流量制御弁１９３の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガス１９２の供給量）と流量制御弁１９５の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１９５の開度を制御することによって、燃料である天然ガス１の供給量に対して固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４のスチームカーボン比が所定の値になるように設定する。   Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the combustor 92, unreacted fuel, unreacted hydrogen and unreacted carbon monoxide in the combustor fuel electrode exhaust gas 64 are combusted with unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 8 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. It is made to react and the combustor exhaust gas 93 is discharged. A part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor generated by the combustion reaction is combusted as a combustor exhaust gas 196 for a solid oxide fuel cell stack. It is mixed with a gas mixture gas 194 and supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. The supply amount of the combustor exhaust gas 196 for the solid oxide fuel cell stack is based on the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the opening of the flow control valve 193. (That is, the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 192 for recycling the solid oxide fuel cell stack) and the opening degree of the flow control valve 195 (that is, the supply of the combustor exhaust gas 196 for the solid oxide fuel cell stack) Based on the relationship of the amount), the degree of opening of the flow rate control valve 195 is controlled, so that the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas with respect to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel The steam carbon ratio of the gas mixture gas 194 is set to a predetermined value.

本実施形態でも、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４での水蒸気の不足を補うために、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給するので、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給し水蒸気を生成させることが不要であり、燃料電池発電システムの発電効率を低下させることはない。   Also in this embodiment, in order to compensate for the shortage of water vapor at the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, a part of the combustor exhaust gas 93 containing water vapor discharged from the combustor 92 is solid-oxidized. Since it is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 as the combustor exhaust gas 196 for the physical fuel cell stack, it is possible to newly supply the natural gas 1 as the fuel from the outside to generate water vapor. It is unnecessary and does not reduce the power generation efficiency of the fuel cell power generation system.

図１８に示した実施形態では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、燃焼器９２から排出される水蒸気を含む燃焼器排出ガス９３の一部を、固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス１９６として固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４に混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給することによって、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１９４のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。   In the embodiment shown in FIG. 18, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel cell. When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the combustor exhaust gas containing water vapor discharged from the combustor 92 93 is mixed with a solid oxide fuel cell stack combustor exhaust gas 196 into a solid oxide fuel cell stack recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas mixed gas 194 to form a solid oxide fuel cell stack. By supplying the fuel electrode 54 of the fuel cell stack 57 to the fuel electrode 54, the solid oxide supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. Can be steam carbon ratio of the fuel cell stack for recycling anode exhaust gas and the mixture gas 194 of the desulfurization of natural gas can be inhibited to lower than a predetermined value. For this reason, the power generation performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to the inhibition of the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 which is the fuel due to the shortage of reforming steam and carbon deposition does not occur, It is possible to continue the power generation of the fuel cell power generation system stably without reducing the power generation efficiency.

以上説明したように、本発明によれば、発電効率を低下させることなく、燃料の水蒸気改質反応に必要な水蒸気の不足を抑制し、安定に燃料電池発電システムの発電を継続することができる。   As described above, according to the present invention, the shortage of steam necessary for the steam reforming reaction of the fuel can be suppressed and power generation of the fuel cell power generation system can be continued stably without reducing the power generation efficiency. .

本発明による燃料電池発電システムの一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのその他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows other one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another one Embodiment of the fuel cell power generation system by this invention. 従来の燃料電池発電システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the conventional fuel cell power generation system.

符号の説明Explanation of symbols

１：天然ガス、２：脱硫器、３：改質器、４：ＣＯシフトコンバータ、５：ＣＯ選択酸化器、６：燃料極、７：固体高分子電解質、８：空気極、９：固体高分子形燃料電池セルスタック、１０：流量制御弁、１１：流量制御弁、１３：空気供給用ブロア、１７：空気極排出ガス、１８：空気、１９：燃料極排出ガス、２０：出力調整器、２１：負荷、２２：燃料電池直流出力、２３：送電端交流出力、２５：一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させた改質ガス、２６：一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた改質ガス、２７：水素豊富な改質ガス、２８：改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス、２９：脱硫天然ガス、３２：固体高分子形燃料電池セルスタック用空気、３３：ＣＯ選択酸化器用空気３７：流量制御弁、３８：未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス、３９：凝縮器、４０：電池反応による生成水、４１：凝縮水、５０：脱硫器リサイクル用改質ガス、５１：流量制御弁、５２：ＣＯ選択酸化器用改質ガス、５４：燃料極、５５：固体酸化物電解質、５６：空気極、５７：固体酸化物形燃料電池セルスタック、５８：固体酸化物形燃料電池セルスタック用空気、５９：流量制御弁、６０：改質器リサイクル用燃料極排出ガス、６１：燃料極排出ガス、６２：流量制御弁、６３：空気極排出ガス、６４：燃焼器用燃料極排出ガス、７４：流量制御弁、７５：流量制御弁、８６：出力調整器、８７：負荷、８８：燃料電池直流出力、８９：送電端交流出力、９０：流量制御弁、９１：燃焼器用空気、９２：燃焼器、９３：燃焼器排出ガス、１００：流量制御弁、１０２：排出用燃焼器排出ガス、１０３：改質器用燃料排出ガス、１１０：水素分離器用改質ガス、１１１：水素分離器、１１２：水素分離器排出ガス、１１３：凝縮器、１１４：凝縮水、１１５水素分離器乾燥排出ガス、１１６：水素、１１７：燃料極水素排出ガス、１１８：パージ弁、１１９：パージガス、１２０：一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダーに低減させた燃料極排出ガス、１２１：未反応水蒸気を凝縮させた燃料極排出ガス、１２２：流量制御弁、１２３：ＣＯシフトコンバータ用燃料極排出ガス、１２４：一酸化炭素の濃度を１％以下に低減させた燃料極排出ガス、１２５：ＣＯ選択酸化器用燃料極排出ガス、１２６：脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス、１２７：流量制御弁、１９１：水素分離器用燃料極排出ガス、１９２：固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガス、１９３：流量制御弁、１９４：固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス、１９５：流量制御弁、１９６：固体酸化物形燃料電池セルスタック用燃焼器排出ガス。   1: natural gas, 2: desulfurizer, 3: reformer, 4: CO shift converter, 5: CO selective oxidizer, 6: fuel electrode, 7: solid polymer electrolyte, 8: air electrode, 9: high solid Molecular fuel cell stack, 10: flow control valve, 11: flow control valve, 13: air supply blower, 17: air electrode exhaust gas, 18: air, 19: fuel electrode exhaust gas, 20: output regulator, 21: Load, 22: Fuel cell DC output, 23: Power transmission end AC output, 25: Reformed gas with carbon monoxide concentration reduced to ppm order, 26: Reform with carbon monoxide concentration reduced to 1% or less 27: hydrogen-rich reformed gas, 28: mixed gas of fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas for reformer recycling, 29: desulfurized natural gas, 32: air for polymer electrolyte fuel cell stack, 33: CO selective oxidizer air 37: Flow rate control 38: reformed gas obtained by condensing unreacted water vapor, 39: condenser, 40: water produced by battery reaction, 41: condensed water, 50: reformed gas for desulfurizer recycling, 51: flow control valve, 52: Reformed gas for CO selective oxidizer, 54: fuel electrode, 55: solid oxide electrolyte, 56: air electrode, 57: solid oxide fuel cell stack, 58: air for solid oxide fuel cell stack, 59 : Flow control valve, 60: fuel electrode exhaust gas for reformer recycling, 61: fuel electrode exhaust gas, 62: flow control valve, 63: air electrode exhaust gas, 64: fuel electrode exhaust gas for combustor, 74: flow control Valve: 75: Flow control valve, 86: Output regulator, 87: Load, 88: Fuel cell DC output, 89: Transmission end AC output, 90: Flow control valve, 91: Air for combustor, 92: Combustor, 93 : Combustor exhaust gas, 100: Quantity control valve, 102: exhaust combustor exhaust gas, 103: fuel exhaust gas for reformer, 110: reformed gas for hydrogen separator, 111: hydrogen separator, 112: exhaust gas from hydrogen separator, 113: condenser, 114: Condensed water, 115 Hydrogen separator dry exhaust gas, 116: Hydrogen, 117: Fuel electrode hydrogen exhaust gas, 118: Purge valve, 119: Purge gas, 120: Fuel electrode exhaust with carbon monoxide concentration reduced to ppm order Gas, 121: Fuel electrode exhaust gas condensed with unreacted water vapor, 122: Flow rate control valve, 123: Fuel electrode exhaust gas for CO shift converter, 124: Fuel electrode with carbon monoxide concentration reduced to 1% or less Exhaust gas, 125: Fuel electrode exhaust gas for CO selective oxidizer, 126: Fuel electrode exhaust gas for desulfurizer recycling, 127: Flow control valve, 191: Fuel electrode exhaust gas for hydrogen separator 192: Fuel electrode exhaust gas for recycling solid oxide fuel cell stack, 193: Flow control valve, 194: Mixed gas of fuel electrode exhaust gas for recycling solid oxide fuel cell stack and desulfurized natural gas, 195 : Flow control valve, 196: Combustor exhaust gas for solid oxide fuel cell stack.

Claims (10)

燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、前記燃料の水蒸気改質反応によって水素豊富な改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の燃料、水素、及び一酸化炭素を酸素と燃焼反応させ、該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガスを改質器へ供給する燃焼器を有することを特徴とする燃料電池発電システム。   In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen, a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas by the steam reforming reaction of the fuel; , Generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the reformed gas or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, supplying exhaust heat generated by the power generation to the reformer, and A first fuel cell stack that supplies fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the reformer, and carbon dioxide and hydrogen by reacting carbon monoxide in the reformed gas with water vapor. A CO shift converter that converts to CO, a CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen and converts it to carbon dioxide, and the C A second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the selective oxidizer with oxygen, fuel in the anode exhaust gas of the first fuel cell stack, A fuel cell power generation system comprising: a combustor that causes hydrogen and carbon monoxide to undergo a combustion reaction with oxygen and supplies a reformer with a combustor exhaust gas containing water vapor generated by the combustion reaction. 燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、前記燃料の水蒸気改質反応によって水素豊富な改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の燃料、水素、及び一酸化炭素を酸素と燃焼反応させ、該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガスを改質器へ供給する燃焼器を有することを特徴とする燃料電池発電システム。   In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen, a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas by the steam reforming reaction of the fuel; , Generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the reformed gas or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, supplying exhaust heat generated by the power generation to the reformer, and A first fuel cell stack that supplies fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the reformer, and carbon dioxide and hydrogen by reacting carbon monoxide in the reformed gas with water vapor. A CO shift converter for converting to hydrogen, a hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter, and the hydrogen separated by the hydrogen separator A second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting with oxygen; and the fuel, hydrogen, and carbon monoxide in the anode discharge gas of the first fuel cell stack are combusted with oxygen A fuel cell power generation system comprising a combustor that reacts and supplies combustor exhaust gas containing water vapor generated by the combustion reaction to a reformer. 燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、前記燃料の水蒸気改質反応によって水素豊富な改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の燃料、水素、及び一酸化炭素を酸素と燃焼反応させ、該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガスを改質器へ供給する燃焼器を有することを特徴とする燃料電池発電システム。   In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen, a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas by the steam reforming reaction of the fuel; , Generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the reformed gas or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, supplying exhaust heat generated by the power generation to the reformer, and A first fuel cell stack that supplies fuel gas exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the reformer, and carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel cell stack is water vapor. CO converter that converts carbon dioxide and hydrogen by reacting with carbon dioxide, and carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter is oxidized with oxygen to carbon dioxide A CO selective oxidizer for conversion, a second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen, and the first fuel cell stack A combustor that causes the fuel, hydrogen, and carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas to undergo a combustion reaction with oxygen and that supplies the combustor exhaust gas containing water vapor generated by the combustion reaction to the reformer. Fuel cell power generation system. 燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、前記燃料の水蒸気改質反応によって水素豊富な改質ガスをつくる改質器と、前記改質ガス中の水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記改質器に供給するとともに、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の燃料、水素、及び一酸化炭素を酸素と燃焼反応させ、該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガスを改質器へ供給する燃焼器を有することを特徴とする燃料電池発電システム。   In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen, a reformer that produces hydrogen-rich reformed gas by the steam reforming reaction of the fuel; , Generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the reformed gas or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, supplying exhaust heat generated by the power generation to the reformer, and A first fuel cell stack that supplies fuel gas exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the reformer, and carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel cell stack is water vapor. A CO shift converter that converts carbon dioxide and hydrogen by reacting with hydrogen, and a hydrogen separator that selectively separates hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter, A second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen, and a fuel in the anode exhaust gas of the first fuel cell stack, A fuel cell power generation system comprising: a combustor that causes hydrogen and carbon monoxide to undergo a combustion reaction with oxygen and supplies a reformer with a combustor exhaust gas containing water vapor generated by the combustion reaction. 燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、燃料極で前記燃料の水蒸気改質反応を行わせ水素及び一酸化炭素を生成させるとともに、前記燃料極で生成した水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記燃料極に供給する第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するＣＯ選択酸化器と、前記ＣＯ選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の燃料、水素、及び一酸化炭素を酸素と燃焼反応させ、該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガスを前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極へ供給する燃焼器を特徴とする燃料電池発電システム。   In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen generated by the steam reforming reaction of fuel with oxygen, hydrogen and carbon monoxide are generated by performing the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode. And generating electric power by electrochemically reacting hydrogen generated in the fuel electrode or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and exhaust heat generated by the electric power generation is necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack that supplies fuel electrode exhaust gas containing water vapor that is consumed as reaction heat and generated along with the power generation; and in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel cell stack A CO shift converter that converts carbon monoxide to carbon dioxide and hydrogen by reacting the carbon monoxide with water vapor, and one of the exhaust gases of the CO shift converter CO selective oxidizer that oxidizes carbon dioxide with oxygen and converts it to carbon dioxide, and a second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen Combustion reaction of fuel, hydrogen, and carbon monoxide in the fuel cell exhaust gas of the first fuel cell stack with oxygen, and combustor exhaust gas containing water vapor generated by the combustion reaction A fuel cell power generation system comprising a combustor that supplies the fuel electrode of the fuel cell stack to the fuel electrode. 燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、燃料極で前記燃料の水蒸気改質反応を行わせ水素及び一酸化炭素を生成させるとともに、前記燃料極で生成した水素、もしくは水素及び一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記燃料極に供給する第一の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の燃料、水素、及び一酸化炭素を酸素と燃焼反応させ、該燃焼反応によって生成した水蒸気を含む燃焼器排出ガスを前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極へ供給する燃焼器を有することを特徴とする燃料電池発電システム。   In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen generated by the steam reforming reaction of fuel with oxygen, hydrogen and carbon monoxide are generated by performing the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode. And generating electric power by electrochemically reacting hydrogen produced by the fuel electrode or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and exhaust heat generated by the electric power generation is necessary for the steam reforming reaction. A first fuel cell stack that supplies fuel electrode exhaust gas containing water vapor that is consumed as reaction heat and generated along with the power generation; and in the fuel electrode exhaust gas of the first fuel cell stack CO converter that converts carbon monoxide to carbon dioxide and hydrogen by reacting carbon monoxide with water vapor, and water in the exhaust gas of the CO shift converter A hydrogen separator that selectively separates hydrogen, a second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen, and the first fuel cell Combustion reaction of fuel, hydrogen, and carbon monoxide in oxygen in the fuel cell exhaust gas of the stack with oxygen, and combustor exhaust gas containing water vapor generated by the combustion reaction is performed in the fuel electrode of the first fuel cell stack. A fuel cell power generation system comprising a combustor for supplying to a fuel cell. 前記燃焼器に前記燃焼反応の酸素源として空気を供給することを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の燃料電池発電システム。   The fuel cell power generation system according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6, wherein air is supplied to the combustor as an oxygen source for the combustion reaction. 前記燃焼器に前記燃焼反応の酸素源として前記第二の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスを供給することを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の燃料電池発電システム。   7. The fuel cell power generation according to claim 1, wherein an air electrode exhaust gas of the second fuel cell stack is supplied to the combustor as an oxygen source for the combustion reaction. system. 前記燃焼器に前記燃焼反応の酸素源として前記第一の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスを供給することを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の燃料電池発電システム。   7. The fuel cell power generation according to claim 1, wherein an air electrode exhaust gas of the first fuel cell stack is supplied to the combustor as an oxygen source for the combustion reaction. system. 前記第一の燃料電池セルスタックが固体酸化物形燃料電池セルスタックであり、前記第二の燃料電池セルスタックが固体高分子形燃料電池セルスタックであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９記載の燃料電池発電システム。   The first fuel cell stack is a solid oxide fuel cell stack, and the second fuel cell stack is a polymer electrolyte fuel cell stack. The fuel cell power generation system according to 3, 4, 5, 6, 7, 8, or 9.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011060918A1 (en) * 2009-11-18 2011-05-26 Enymotion Gmbh Fuel cell system and method for operating a fuel cell system

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60258862A (en) * 1984-06-06 1985-12-20 Hitachi Ltd Fuel cell generation system
JPH08124587A (en) * 1994-10-27 1996-05-17 Toshiba Corp Fuel cell power generating plant
JPH10308230A (en) * 1997-05-02 1998-11-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Power generating device for fuel cell
JPH10321248A (en) * 1997-05-22 1998-12-04 Matsushita Electric Works Ltd /fuel cell-based electric power generation system
JP2001023670A (en) * 1999-07-06 2001-01-26 Mitsubishi Electric Corp Fuel cell power generating system
JP2001266924A (en) * 2000-03-24 2001-09-28 Tokyo Gas Co Ltd Solid electrolyte fuel cell system
JP2002134152A (en) * 2000-10-26 2002-05-10 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2002231289A (en) * 2001-02-05 2002-08-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Control method for fuel cell system
JP2002246047A (en) * 2001-02-21 2002-08-30 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2003017098A (en) * 2001-06-29 2003-01-17 Daikin Ind Ltd Fuel cell system
WO2003038934A1 (en) * 2001-11-01 2003-05-08 Osaka Gas Co., Ltd. Fuel cell system
WO2003071188A2 (en) * 2002-02-19 2003-08-28 Utc Fuel Cells, Llc Steam generator for a pem fuel cell power plant

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60258862A (en) * 1984-06-06 1985-12-20 Hitachi Ltd Fuel cell generation system
JPH08124587A (en) * 1994-10-27 1996-05-17 Toshiba Corp Fuel cell power generating plant
JPH10308230A (en) * 1997-05-02 1998-11-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Power generating device for fuel cell
JPH10321248A (en) * 1997-05-22 1998-12-04 Matsushita Electric Works Ltd /fuel cell-based electric power generation system
JP2001023670A (en) * 1999-07-06 2001-01-26 Mitsubishi Electric Corp Fuel cell power generating system
JP2001266924A (en) * 2000-03-24 2001-09-28 Tokyo Gas Co Ltd Solid electrolyte fuel cell system
JP2002134152A (en) * 2000-10-26 2002-05-10 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2002231289A (en) * 2001-02-05 2002-08-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Control method for fuel cell system
JP2002246047A (en) * 2001-02-21 2002-08-30 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2003017098A (en) * 2001-06-29 2003-01-17 Daikin Ind Ltd Fuel cell system
WO2003038934A1 (en) * 2001-11-01 2003-05-08 Osaka Gas Co., Ltd. Fuel cell system
WO2003071188A2 (en) * 2002-02-19 2003-08-28 Utc Fuel Cells, Llc Steam generator for a pem fuel cell power plant
JP2005518084A (en) * 2002-02-19 2005-06-16 ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー Steam generator for PEM fuel cell power equipment

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011060918A1 (en) * 2009-11-18 2011-05-26 Enymotion Gmbh Fuel cell system and method for operating a fuel cell system

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