JP2005056777A - Fuel cell power generation system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-efficiency fuel cell power generation system capable of stably and continuously generating power through restraint of shortage of vapor needed for vapor reforming reaction of fuel. <P>SOLUTION: The fuel cell power generation system is at least provided with a reformer 3 making reformed gas rich in hydrogen, a first fuel cell stack 57 supplying fuel electrode exhaust gas 61 containing vapor to the reformer 3, a CO-shift converter 4 converting carbon monoxide into carbon dioxide and hydrogen, a condenser 39 separating hydrogen in exhaust gas of a CO-selective oxidation unit, a second fuel cell stack 9 generating power by making hydrogen in the exhaust gas react with oxygen, a combustor 105 burning non-reacted fuel in the fuel electrode exhaust gas of the second fuel cell stack 9 and hydrogen with oxygen, a water tank 102 storing the vapor separated at the condenser 39, product water produced accompanying power generation of the second fuel cell stack and makeup water, and a vapor generator 106 converting the water supplied from the water tank 102 into vapor with the use of combustion heat of the combustor 105 and supplying it to the reformer 3. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料の水蒸気改質反応に必要な水蒸気の不足を抑制し、高効率で安定に発電を継続することができ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 capable of suppressing power shortage required for a steam reforming reaction of fuel and continuously generating power with high efficiency.

図１０は、従来の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燃料電池発電システムを示す構成図である（例えば、特許文献１参照）。 図１０に示した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１０に示した燃料電池発電システムの主な構成要素は、脱硫器、改質器、固体酸化物形燃料電池セルスタック、ＣＯシフトコンバータ、ＣＯ選択酸化器、凝縮器、固体高分子形燃料電池セルスタック、出力調整装置、流量制御弁、空気供給用ブロア、および配管類である。   FIG. 10 is a configuration diagram showing a fuel cell power generation system that performs high-efficiency power generation by combining two conventional fuel cell stacks (see, for example, Patent Document 1). In the fuel cell power generation system shown in FIG. 10, a solid oxide fuel cell stack is used as the first fuel cell stack, and a solid polymer fuel cell stack is used as the second fuel cell stack. . The main components of the fuel cell power generation system shown in FIG. 10 are a desulfurizer, a reformer, a solid oxide fuel cell stack, a CO shift converter, a CO selective oxidizer, a condenser, and a solid polymer fuel cell. A cell stack, an output regulator, a flow control valve, an air supply blower, and piping.

図１０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、および空気極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は出力調整装置、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、および空気極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と排出用燃料極排出ガス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は外部に排出される排出用燃料極排出ガス、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は送電端交流出力である。   In FIG. 10, 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, 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. 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 adjusting device, and 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, 9 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, 38 is unreacted water vapor Reformed gas, 39 is a condenser, 40 is water produced by battery reaction, 41 is condensed water, 50 is desulfurizer recycle reformed gas, 51 is the desulfurizer recycle reformed gas 50 supply amount A flow control valve to be controlled, 52 is a reformed gas for CO selective oxidizer, 54 is a fuel electrode, 55 is a solid oxide electrolyte, 56 is an air electrode, and 57 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. The reformer recycle fuel electrode exhaust gas 61 is all the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode 54. The fuel electrode exhaust gas 61 includes the reformer recycle fuel electrode exhaust gas 60 and the discharge fuel electrode. It is distributed to the exhaust gas 64. 62 is a flow rate control valve for controlling the supply amount of the solid oxide fuel cell stack air 58, 63 is an air electrode exhaust gas discharged from the air electrode 56, and 64 is a discharge fuel electrode exhaust gas discharged outside. 74 is a flow control valve for controlling the supply amount of the reformed gas 27 rich in hydrogen to the CO shift converter 4, and 75 is the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 of the reformed gas 27 rich in hydrogen. , 86 is an output regulator, 87 is a load, 88 is a fuel cell DC output, and 89 is a power transmission end AC output.

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昧する。   Note that the above-mentioned “hydrogen rich” means that hydrogen is contained at a concentration sufficient to contribute to power generation by a battery reaction.

図１０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、および空気極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、および空気極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. 10, the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is shown as being constituted by a single cell composed of 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１０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、あらかじめ設定された燃料電池直流出力２２の電池電流およ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の電池電流およ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 value is set in accordance 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ー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および固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４の電極触媒の劣化要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添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、あらかじ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。硫化水素と硫化亜鉛の生成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 adsorbed and removed by hydrodesulfurization. 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. 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 to supply hydrogen necessary for the generation of hydrogen sulfide is used for desulfurizer recycling. The reformed gas 50 is recycled to the desulfurizer 2. 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 fuel) and the opening degree of the flow control valve 51 (that is, the desulfurizer). Based on the relationship of the supply amount of the reformed reformed gas 50), the opening degree of the flow control valve 51 is controlled to set a value commensurate with the supply amount of the natural gas 1 as the fuel. The production reaction of hydrogen sulfide and zinc sulfide is an endothermic reaction, and the reaction heat necessary 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 from the CO shift converter 4 to the desulfurizer 2. It will be covered by supplying to.

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、あらかじ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（水蒸気の炭素に対するモル比）と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 a preset opening degree of the flow rate control valve 37 (that is, a supply amount of natural gas 1 as fuel) and an 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. A steam carbon ratio (molar ratio of water vapor to carbon) of the mixed gas 28 of the fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas is set.

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（化１）式で表される。   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 a fuel, is expressed by the following formula (Formula 1).

（メタンの水蒸気改質反応）
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２………（化１）
この（化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℃に維持することカ泌要である。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。 (Methane steam reforming reaction)
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (Chemical formula 1)
The steam reforming reaction of hydrocarbons such as the steam reforming reaction of methane shown in the formula (1) is an endothermic reaction and is necessary from the outside of the reformer 3 in order to efficiently generate hydrogen. It is important to supply reaction 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、あらかじめ設定された燃料電池直流出力２２の直流電流と流量制御弁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の直流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、あらかじめ設定された燃料電池直流出力８８の直流電流と流量制御弁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の直流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 DC current of the fuel cell DC output 22 and the opening degree of the flow control valve 74 (that is, the hydrogen-rich reformate gas 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 rate control valve 74 is controlled to set a value corresponding to the direct current of the fuel cell direct current 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 DC 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 direct 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、あらかじ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、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 includes a preset battery current of the fuel cell DC output 88 and the opening of the flow control valve 62 (that is, the solid oxide fuel cell stack air 58). The amount of hydrogen-rich reformed gas 27 to be supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 is controlled by controlling the opening degree of the flow rate control valve 62 based on the relationship of the supply amount). Set the value to

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（化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。   In the air electrode 56 of the solid oxide fuel cell stack 57, the oxygen in the solid oxide fuel cell air 58 is reacted by the air electrode reaction shown in the following formula (2) by the action of the metal oxide electrode catalyst. It reacts with electrons and turns into oxygen ions.

（空気極反応）
（1/2）Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−………（化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）等の固体酸化物形電解質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（化３）式および（化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中の水素および一酸化炭素と反応し、水蒸気または二酸化炭秦と電子が生成する。 (Air electrode reaction)
(1/2) O 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, etc. Reaction with hydrogen and carbon monoxide in the hydrogen-rich reformed gas 27 supplied to the fuel electrode 54 by the reactions shown in the formulas (3) and (4) generates water vapor or carbon dioxide soot and electrons.

（燃料極反応）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−………（化３）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−………（化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（化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。（化２）式と（化３）式、（化２）式と（化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（化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（化６）式に示す一酸化炭素と酸素から二酸化炭秦が生成する反応として表すことができる。 (Fuel electrode reaction)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e − (Chemical formula 3)
CO + O 2− → CO 2 + 2e − (Chemical formula 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 formula (2). In the process that the electrons move through the external circuit, electric energy can be extracted as the fuel cell DC output 88. When the chemical formula (2), the chemical formula (3), the chemical formula (2), and the chemical formula (4) are summarized, the battery reaction of the solid oxide fuel cell stack 57 is expressed by the following formula (5). It can be expressed as the reverse reaction of the electrolysis of water that can produce water vapor from hydrogen and oxygen, and the reaction that produces carbon dioxide soot from carbon monoxide and oxygen shown in the following (Chemical Formula 6).

（電池反応）
Ｈ２＋（1/2）Ｏ２→Ｈ２Ｏ………（化５）
ＣＯ＋（1/2）Ｏ２→ＣＯ２………（化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装置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１０では、出力調整装置８６で電圧の変換と直流から交流への変換を行っているが、出力調整装置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。 (Battery reaction)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (5)
CO + (1/2) O 2 → CO 2 (Chemical formula 6)
The fuel cell direct current output 88 obtained by the power generation of the solid oxide fuel cell stack 57 is subjected to voltage conversion and direct current to alternating current conversion by the output adjusting device 86 in accordance with the load 87, and then the transmission end alternating current. The output 89 is supplied to the load 87. In FIG. 10, the output adjustment device 86 performs voltage conversion and direct current to alternating current conversion. However, even if the output adjustment device 86 performs only voltage conversion and supplies the transmission end DC output to the load 87. Good.

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、排出用燃料極排出ガス６４として、外部に排出する。   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 discharged to the outside as a fuel electrode exhaust gas 64 for discharge.

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（化７）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。   Since the hydrogen-rich reformed gas 27 contains carbon monoxide that 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 The hydrogen-rich reformed gas 27 not supplied to 57 is supplied to the CO shift converter 4 filled with a shift catalyst such as a copper-zinc catalyst, and the aqueous shift reaction shown in the following formula (7) by the action of the shift catalyst. By performing the above, the carbon monoxide concentration in the hydrogen-rich reformed gas 27 is reduced to 1% or less.

（水性シフト反応）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２………（化７）
水性シフト反応は発熱反応であり、発熱した熱は脱硫器２に供給し、前述した吸熱反応である脱硫器２の硫化水素と硫化亜鉛の生成反応の反応熱として利用する。 (Water-based shift reaction)
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (Chemical formula 7)
The aqueous shift reaction is an exothermic reaction, and the heat generated is supplied to the desulfurizer 2 and used as the reaction heat of the hydrogen sulfide and zinc sulfide generation reaction of the desulfurizer 2 which is the endothermic reaction described above.

ＣＯシフトコンバータ４でつくられた一酸化炭素濃度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（化８）式に示す。   A part of the reformed gas 26 produced by the CO shift converter 4 and reduced to a carbon monoxide concentration of 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 will cause 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 on the order of ppm. In order to reduce the CO selective oxidizer 5, 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 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 (Formula 8).

（一酸化炭素の酸化反応）
ＣＯ＋（1/2）Ｏ２→ＣＯ２………（化８）
ＣＯ選択酸化器用空気３３の供給量は、あらかじ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。 (Oxidation reaction of carbon monoxide)
CO + (1/2) O 2 → CO 2 (chemical formula 8)
The supply amount of the CO selective oxidizer air 33 includes the opening degree of the flow control valve 74 set in advance (that is, the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the CO shift converter 4) and the 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、あらかじ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 depends on the battery current of the fuel cell DC output 22 set in advance and the flow control valve 10 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（化９）式に示す燃料極反応により水素イオンと電子に変わる。   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 represented by the following formula (Chemical formula 9). It changes into hydrogen ions and electrons due to the fuel electrode reaction shown in.

（燃料極反応）
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−………（化９）
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、および空気極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（化１０）式に示す空気極反応により反応し、水が生成する。 (Fuel electrode reaction)
H 2 → 2H + + 2e − (Chemical formula 9)
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 of the electrons moving 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 an air electrode reaction represented by the following (formula 10): Water is produced.

（空気極反応）
２Ｈ＋＋（1/2）Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ………（化１０）
（化９）式と（化１０）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、（化１１）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。 (Air electrode reaction)
2H + + (1/2) O 2 + 2e − → H 2 O (Chemical Formula 10)
When the chemical formula (9) and the chemical formula (10) are summarized, the battery reaction of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is the reverse reaction of the electrolysis of water that can be produced from hydrogen and oxygen shown in the formula (11). Can be expressed as

（電池反応）
Ｈ２＋（1/2）Ｏ２→Ｈ２Ｏ………（化１１）
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装置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１０では、出力調整装置２０で直流から交流への変換を行っているが、出力調整装置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。 (Battery reaction)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O ... (Chemical Formula 11)
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 adjusting device 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. 10, the output adjustment device 20 performs conversion from direct current to alternating current. However, the output adjustment device 20 may perform only voltage conversion and 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（化１０）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として排出される。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（式９）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６として排出される。   The polymer electrolyte 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 chemical formula (10). It 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 the 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 (9). Then, it is discharged as the fuel electrode exhaust gas 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9.

特開平８−４５５２３号公報JP-A-8-45523

本発明の解決しようとする課題は、従来の燃料電池発電システムでは、燃料電池直流出力２２の直流電流が燃料電池直流出力８８の直流電流より多く、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に進行しなくなる、カーボン析出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。   The problem to be solved by the present invention is that in the conventional fuel cell power generation system, the direct current of the fuel cell direct current output 22 is larger than the direct current of the fuel cell direct current output 88, and the hydrogen-rich reformed gas to the CO shift converter 4 When the supply amount of 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, the fuel electrode of the solid oxide fuel cell stack 57 If only the reformer recycle fuel electrode exhaust gas 60 containing water vapor generated by the cell reaction is supplied in 54, the water vapor is insufficient, and the reformer recycle fuel electrode exhaust gas supplied to the reformer 3 and desulfurized natural gas. There is a possibility that the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of gas 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、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 capable of suppressing power shortage necessary for a steam reforming reaction of fuel and stably generating power.

前記本発明の目的を達成するために、特許請求の範囲に記載のような構成とするものである。すなわち、
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作る改質器と、
前記改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学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共に、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蒸気を凝縮分離する凝縮器と、
前記凝縮器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学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、
前記第二の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の未反応燃料および未反応水素を酸素と燃焼させる燃焼器と、
前記凝縮器で凝縮分離させた水蒸気、前記第二の燃料電池セルスタックの前記発電に伴って生成した生成水、および外部からの補給水を貯蔵する水タンクと、
前記燃焼器の燃焼熱を利用して前記水タンクから供給する水を水蒸気に変換して前記改質器へ供給する水蒸気発生器とを少なくとも有する燃料電池発電システムとするものである。 In order to achieve the object of the present invention, it is configured as described in the claims. That is,
In the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by the steam reforming reaction of fuel with oxygen as described in claim 1,
A reformer that produces hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
Electricity is generated by electrochemically reacting hydrogen in the reformed gas, or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and the exhaust heat generated by the power generation is supplied to the reformer. A first fuel cell stack for supplying fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated to the reformer;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen to convert it into carbon dioxide;
A condenser for condensing and separating water vapor in the exhaust gas of the CO selective oxidizer;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the condenser with oxygen;
A combustor for combusting unreacted fuel and unreacted hydrogen in the anode exhaust gas of the second fuel cell stack with oxygen.
A water tank for storing water vapor condensed and separated by the condenser, generated water generated by the power generation of the second fuel cell stack, and makeup water from the outside;
The fuel cell power generation system includes at least a steam generator that converts the water supplied from the water tank into steam using the combustion heat of the combustor and supplies the steam to the reformer.

また、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作る改質器と、
前記改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学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共に、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の一部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蒸気を凝縮分離する凝縮器と、
前記凝縮器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学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、
前記第二の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の未反応燃料および未反応水素を酸素と燃焼させる燃焼器と、
前記凝縮器で凝縮させた水蒸気、前記第二の燃料電池セルスタックの前記発電に伴って生成した生成水、および外部からの補給水を貯蔵する水タンクと、
前記燃焼器の燃焼熱を利用して、前記水タンクから供給する水を水蒸気に変換して前記改質器へ供給する水蒸気発生器を有する燃料電池発電システムとするものである。 Moreover, in the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen as described in claim 2,
A reformer that produces hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
Electricity is generated by electrochemically reacting hydrogen in the reformed gas, or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and the exhaust heat generated by the power generation is supplied to the reformer. A first fuel cell stack for supplying a part of the fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated to the reformer;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the anode exhaust gas of the first fuel cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen to convert it into carbon dioxide;
A condenser for condensing and separating water vapor in the exhaust gas of the CO selective oxidizer;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the condenser with oxygen;
A combustor for combusting unreacted fuel and unreacted hydrogen in the anode exhaust gas of the second fuel cell stack with oxygen.
A water tank for storing water vapor condensed by the condenser, generated water generated by the power generation of the second fuel cell stack, and makeup water from the outside;
The fuel cell power generation system includes a steam generator that converts the water supplied from the water tank into steam using the combustion heat of the combustor and supplies the steam to the reformer.

また、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、
燃料極で前記燃料の水蒸気改質反応を行わせ水素および一酸化炭素を生成させると共に、前記燃料極で生成した水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学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の一部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に残存する一酸化炭素を空気中の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蒸気を凝縮分離する凝縮器と、
前記凝縮器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池スタックと、
前記第二の燃料電池スタックの燃料極排出ガス中の未反応燃料、および未反応水素を酸素と反応させる燃焼器と、
前記凝縮器で凝縮分離させた水蒸気、前記第二の燃料電池スタックの電気化学反応で生成した生成水、および外部からの補給水を貯蔵する水タンクと、
前記燃焼器の燃焼熱を利用して、前記水タンクから供給する水を気化させることによって水蒸気に変換して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水蒸気発生器を有する燃料電池発電システムとするものである。 Further, as described in claim 3, in the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by the steam reforming reaction of fuel with oxygen,
A steam reforming reaction of the fuel is performed at the fuel electrode to generate hydrogen and carbon monoxide, and power generation is performed by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide generated at the fuel electrode with oxygen, First, exhaust heat generated with the power generation is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction, and a part of the fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation is supplied to the fuel electrode. A fuel cell stack of
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the anode exhaust gas of the first fuel cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide remaining in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen in the air and converts it into carbon dioxide;
A condenser for condensing and separating water vapor in the exhaust gas of the CO selective oxidizer;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the condenser with oxygen;
A combustor that reacts unreacted fuel in the anode exhaust gas of the second fuel cell stack and unreacted hydrogen with oxygen;
A water tank for storing water vapor condensed and separated by the condenser, generated water generated by an electrochemical reaction of the second fuel cell stack, and makeup water from the outside;
A fuel cell having a water vapor generator using the combustion heat of the combustor to convert the water supplied from the water tank into water vapor by vaporizing the water and supplying the water vapor to the fuel electrode of the first fuel cell stack This is a power generation system.

また、請求項４に記載のように、請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記燃焼器に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燃料電池発電システムとするものである。   Further, as described in claim 4, in any one of claims 1 to 3, a fuel cell power generation system that supplies an air electrode exhaust gas of the second fuel cell stack to the combustor; To do.

また、請求項５に記載のように、請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記燃焼器に空気を供給する燃料電池発電システムとするものである。   Further, as described in claim 5, in any one of claims 1 to 4, the fuel cell power generation system supplies air to the combustor.

また、請求項６に記載のように、請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記燃焼器に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燃料電池発電システムとするものである。   Further, as described in claim 6, in any one of claims 1 to 5, the fuel cell power generation system that supplies the exhaust gas of the first fuel cell stack to the combustor; To do.

また請求項７に記載のように、請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、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燃料電池発電システムとするものである。   Moreover, as described in claim 7, in any one of claims 1 to 6, the first fuel cell stack is a solid oxide fuel cell stack, and the second fuel cell. A fuel cell power generation system in which the cell stack is a polymer electrolyte fuel cell stack is provided.

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。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, lack of the water vapor | steam required for the steam reforming reaction of a fuel can be suppressed, and the electric power generation of a fuel cell power generation system can be continued stably, without reducing electric power generation efficiency.

図１（本発明の最良の実施の形態とする）は、本発明による燃料電池発電システムの一実施例を示す構成図である。図１において、前述した図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。図１において、１００は補給水、１０１は補給水ポンプ、１０２は水タンク、１０３は水蒸気発生器用水供給ポンプ、１０４は水、１０５は燃焼器、１０６は水蒸気発生器、１０７は燃焼器排出ガス、１０８は水蒸気、１０９は水蒸気１０８の供給量を制御する流量制御弁である。   FIG. 1 (referred to as the best mode of the present invention) is a configuration diagram showing an embodiment of a fuel cell power generation system according to the present invention. In FIG. 1, the same components as those in FIG. 10 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 1, 100 is makeup water, 101 is a makeup water pump, 102 is a water tank, 103 is a water supply pump for a steam generator, 104 is water, 105 is a combustor, 106 is a steam generator, and 107 is a combustor exhaust gas. , 108 is water vapor, and 109 is a flow control valve for controlling the supply amount of the water vapor 108.

図１を用いて本実施例を説明する。本実施例は、図１０に示した従来の燃料電池発電システムとは、図１に示すように、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と空気極排出ガス１７を供給して燃焼反応を行わせる燃焼器１０５と、凝縮器３９から排出される凝縮水４１、固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極８から排出される電池反応による生成水４０、および補給水ポンプ１０１で供給される補給水１００を貯蔵する水タンク１０２と、水タンク１０２から水蒸気発生器用水供給ポンプ１０３で供給した水１０４を燃焼器１０５の燃焼熱で気化させて水蒸気１０８を生成させる水蒸気発生器１０６を備え、水蒸気発生器１０６で発生した水蒸気１０８を改質器３に供給する点が大きく異なる。   The present embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 10 in that the fuel electrode exhaust gas 19 and the air electrode exhaust gas 17 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 are supplied as shown in FIG. A combustor 105 that performs a combustion reaction, a condensed water 41 discharged from a condenser 39, a generated water 40 discharged from an air electrode 8 of a polymer electrolyte fuel cell stack 9, and a makeup water pump Water tank 102 for storing makeup water 100 supplied at 101 and water vapor generation for generating water vapor 108 by vaporizing water 104 supplied from water tank 102 by water supply pump 103 for water vapor generator with the combustion heat of combustor 105 The point which supplies the water vapor | steam 108 which the apparatus 106 was provided and the water vapor | steam generator 106 to the reformer 3 differs greatly.

次に、本実施例の作用について、図１を参照して説明する。凝縮器３９から排出する凝縮水４１と、固体高分子形燃料電池セルスタック９の空気極８から排出する電池反応による生成水４０を水タンク１０２に貯蔵する。水タンク１０２の水が不足する場合には、必要に応じて補給水ポンプ１０１を作動させ、外部から補給水１００を水タンク１０２に供給する。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を燃焼器１０５に供給し、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中の未反応燃料および未反応水素を、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中の酸素と燃焼させ、燃焼器排出ガス１０７を排出する。燃焼器１０５の燃焼熱を利用して水タンク１０２から水蒸気発生器１０６に供給した水１０４を気化させることによって水蒸気１０８を生成させる。水蒸気発生器１０６で生成させた水蒸気１０８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２８に混ぜて改質器３に供給する。水蒸気１０８の供給量は、あらかじ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）および流量制御弁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１０９の開度（すなわち、水蒸気１０８の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１０９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。
燃焼器１０５の燃料として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を利用し、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給することがないので、水蒸気１０８を供給するために、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。 Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. Condensed water 41 discharged from the condenser 39 and generated water 40 by battery reaction discharged from the air electrode 8 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 are stored in the water tank 102. When the water in the water tank 102 is insufficient, the makeup water pump 101 is operated as necessary to supply makeup water 100 to the water tank 102 from the outside. Fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 and air electrode exhaust gas 17 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 are supplied to the combustor 105, and the fuel of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is supplied. Unreacted fuel and unreacted hydrogen in the polar exhaust gas 19 are combusted with oxygen in the air electrode exhaust gas 17 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 to discharge the combustor exhaust gas 107. Steam 108 is generated by vaporizing the water 104 supplied from the water tank 102 to the steam generator 106 using the combustion heat of the combustor 105. The water vapor 108 generated by the water vapor generator 106 is mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas and supplied to the reformer 3. The supply amount of the water vapor 108 is determined by the 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, discharge of the fuel electrode for reformer recycling). The supply of natural gas 1 as fuel is controlled by controlling the opening of the flow control valve 109 based on the relationship between the supply amount of the gas 60 and the opening of the flow control valve 109 (that is, the supply amount of water vapor 108). The steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas is set to a predetermined value with respect to the amount.
In order to supply water vapor 108, the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 105 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. The power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図１に示した本発明の一実施例では、図１０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の直流電流が燃料電池直流出力８８の直流電流より多く、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、水蒸気発生器１０６で燃焼器１０５の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気１０８を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３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 of the present invention shown in FIG. 1, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 10, the direct current of the fuel cell DC output 22 is larger than the direct current of the fuel cell DC output 88, and the CO shift When the amount of hydrogen-rich reformed gas 27 supplied to the converter 4 is greater than the amount of hydrogen-rich reformed gas 27 supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, steam is generated. By supplying the steam 108 generated by using the combustion heat of the combustor 105 in the combustor 106, the steam of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas supplied to the reformer 3 It can suppress that a carbon ratio falls from a predetermined value. For this reason, the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 that is the fuel due to the lack of reforming steam does not hinder the performance of the reformer 3 due to carbon deposition, and the power generation of the fuel cell power generation system does not occur. Can be stably maintained without lowering the power generation efficiency.

図２（実施例１とする）は、本発明による燃料電池発電システムの他の一実施例を示す構成図である。図２において、前述した図１０および図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。図２においては、１１１は燃焼用空気１１２の供給量を制御する流量制御弁、１１２は燃焼用空気である。図２を用いて実施例１を説明する。本実施例は、図１に示した実施例（発明を実施するための最良の形態）とは、図２に示したように、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を燃焼器１０５に供給する代わりに、流量制御弁１１１を設け、燃焼用空気１１２を燃焼器１０５に供給する点が大きく異なる。   FIG. 2 (referred to as Example 1) is a configuration diagram showing another example of the fuel cell power generation system according to the present invention. In FIG. 2, the same components as those in FIGS. 10 and 1 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 2, 111 is a flow rate control valve that controls the supply amount of combustion air 112, and 112 is combustion air. Example 1 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment (the best mode for carrying out the invention) shown in FIG. 1 in that the air electrode exhaust gas 17 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is changed as shown in FIG. Instead of supplying to the combustor 105, a flow control valve 111 is provided, and the point that the combustion air 112 is supplied to the combustor 105 is greatly different.

次に、本実施例の作用について、図２を参照して説明する。本実施例では、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と燃焼用空気１１２を燃焼器１０５に供給し、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中の未反応燃料および未反応水素を、燃焼用空気１１２中の酸素と燃焼させる。燃焼器１０５への燃焼用空気１１２の供給量は、あらかじめ設定された流量制御弁１０９の開度（すなわち、水蒸気１０８の供給量）と流量制御弁１１１の開度（すなわち、燃焼用空気１１２の供給量）の関係に基づいて、水蒸気１０８の供給量に見合った値に設定する。本実施例においても、燃焼器１０５の燃料として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を利用し、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給することがないので、水蒸気１０８を供給するために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。   Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 and the combustion air 112 are supplied to the combustor 105, and the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 Unreacted fuel and unreacted hydrogen are combusted with oxygen in the combustion air 112. The supply amount of the combustion air 112 to the combustor 105 includes a preset opening degree of the flow control valve 109 (that is, supply amount of the water vapor 108) and an opening degree of the flow control valve 111 (that is, the combustion air 112). Based on the relationship of (supply amount), a value corresponding to the supply amount of water vapor 108 is set. Also in this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 105 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. In order to supply 108, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図２に示した本実施例は、図１に示した実施例と同様に、図１０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の直流電流が燃料電池直流出力８８の直流電流より多く、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、水蒸気発生器１０６で燃焼器１０５の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気１０８を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３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。   The present embodiment shown in FIG. 2 differs from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 10 in the same way as the embodiment shown in FIG. The amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 supplied to the CO shift converter 4 is larger than the direct current of the current, and 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. If more, the steam 108 generated by using the combustion heat of the combustor 105 is supplied by the steam generator 106, and the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurization supplied to the reformer 3 are supplied. It can suppress that the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of natural gas falls from a predetermined value. For this reason, the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 that is the fuel due to the lack of reforming steam does not hinder the performance of the reformer 3 due to carbon deposition, and the power generation of the fuel cell power generation system does not occur. Can be stably maintained without lowering the power generation efficiency.

図３（実施例２とする）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例を表す構成図である。図において、前述した図１０、図１、および図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。図３を用いて本実施例を説明する。本実施例は、図１に示した実施例とは、図３に示したように、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を燃焼器１０５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を燃焼器１０５に供給する点が大きく異なる。   FIG. 3 (referred to as Example 2) is a configuration diagram showing still another example of the fuel cell power generation system according to the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIGS. 10, 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The present embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that instead of supplying the air electrode exhaust gas 17 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 to the combustor 105, as shown in FIG. The difference is that the air electrode exhaust gas 63 of the physical fuel cell stack 57 is supplied to the combustor 105.

次に、本実施例の作用について、図３を参照して説明する。本実施例では、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を燃焼器１０５に供給し、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中の未反応燃料および未反応水素を、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中の酸素と燃焼させる。本実施例においても、燃焼器１０５の燃料として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を利用し、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給することがないので、水蒸気１０８を供給するために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。図３に示した本実施形態は、図１に示した実施例と同様に、図１０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の直流電流が燃料電池直流出力８８の直流電流より多く、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、水蒸気発生器１０６で燃焼器１０５の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気１０８を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３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。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the anode discharge gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 and the cathode discharge gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57 are supplied to the combustor 105, and the polymer electrolyte fuel cell is supplied. Unreacted fuel and unreacted hydrogen in the fuel electrode exhaust gas 19 of the cell stack 9 are combusted with oxygen in the air electrode exhaust gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57. Also in this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 105 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. In order to supply 108, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced. 3 differs from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 10 in that the direct current of the fuel cell DC output 22 is the same as the fuel cell DC output 88 shown in FIG. The amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 supplied to the CO shift converter 4 is larger than the direct current of the current, and 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. If more, the steam 108 generated by using the combustion heat of the combustor 105 is supplied by the steam generator 106, and the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurization supplied to the reformer 3 are supplied. It can suppress that the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of natural gas falls from a predetermined value. For this reason, the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 that is the fuel due to the lack of reforming steam does not hinder the performance of the reformer 3 due to carbon deposition, and the power generation of the fuel cell power generation system does not occur. Can be stably maintained without lowering the power generation efficiency.

図４（実施例３とする）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例を示す構成図である。図において、前述した図１０、図１、図２、および図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。図４において、９３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、９４は未反応水蒸気を凝縮させた燃料極排出ガス、９５は脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス、９７は脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス９５の供給量を制御する流量制御弁、１５０はＣＯシフトコンバータ用燃料極排出ガス、１６０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、１８０はＣＯ選択酸化器用燃料極排出ガスを表す。   FIG. 4 (referred to as Example 3) is a block diagram showing still another example of the fuel cell power generation system according to the present invention. In the figure, the same parts as those in FIGS. 10, 1, 2, and 3 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 4, 93 is an exhaust gas from the CO selective oxidizer 5, a fuel electrode exhaust gas having a carbon monoxide concentration reduced to the ppm order, 94 a fuel electrode exhaust gas in which unreacted water vapor is condensed, and 95 Desulfurizer recycling fuel electrode exhaust gas, 97 is a flow rate control valve for controlling the supply amount of the desulfurizer recycling fuel electrode exhaust gas 95, CO shift converter fuel electrode exhaust gas, 160 is the CO shift converter 4 exhaust gas A fuel electrode exhaust gas in which the concentration of carbon monoxide is reduced to 1% or less, and 180 represents a fuel electrode exhaust gas for a CO selective oxidizer.

図４を用いて実施例３を説明する。本実施例は、図１に示した実施例とは、図４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１５０をＣＯシフトコンバータ４に供給する点が大きく異なる。 次に、本実施例の作用について、図４を参照して説明する。本実施例では、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、未反応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１６０の一部を、脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス９５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９５の供給量は、あらかじ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９７の開度（すなわち、脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス９５の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁９７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。ＣＯシフトコンバータ４で作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１６０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９５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オーダに低減させるために、ＣＯ選択酸化器用燃料極排出ガス１８０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１８０中に含まれる一酸化炭素を（化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１８０中の一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダに低減させる。ＣＯ選択酸化器５でつくられた一酸化炭素濃度をｐｐｍオーダに低減させた燃料極排出ガス９３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９４は、固体酸化物形燃料電池セルスタック９の燃料極６に供給する。本実施例においても、燃焼器１０５の燃料として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を利用し、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給することがないので、水蒸気１０８を供給するために、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。   Example 3 will be described with reference to FIG. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the fuel electrode exhaust gas 150 for the CO shift converter is supplied to the CO shift converter 4 instead of the hydrogen-rich reformed gas 27 as shown in FIG. 4. The point is very different. Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, in order to supply the hydrogen necessary for the production of hydrogen sulfide in the desulfurizer 2, a part of the fuel electrode exhaust gas 160 in which the concentration of carbon monoxide containing unreacted hydrogen is reduced to 1% or less is used. Then, it is recycled to the desulfurizer 2 as a fuel electrode exhaust gas 95 for desulfurizer recycling. The supply amount of the fuel electrode exhaust gas 95 for recycling the desulfurizer is determined based on the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and opening degree of the flow control valve 97 (that is, desulfurization). Based on the relationship of the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 95 for recycler), the opening degree of the flow rate control valve 97 is controlled to set a value corresponding to the supply amount of the natural gas 1 as the fuel. A part of the fuel electrode exhaust gas 160 produced by the CO shift converter 4 and having the carbon monoxide concentration reduced to 1% or less is supplied to the desulfurizer 2 as the fuel electrode exhaust gas 95 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 order of ppm. Therefore, as the CO selective oxidizer fuel electrode exhaust gas 180, 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 180 is reacted with oxygen in the CO selective oxidizer air 33 as shown in the formula (8) to generate carbon dioxide. The carbon monoxide concentration in the fuel electrode exhaust gas 180 for the CO selective oxidizer is reduced to the order of ppm. The unreacted water vapor contained in the fuel electrode exhaust gas 93 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 to form condensed water 41. to recover. The fuel electrode exhaust gas 94 obtained by condensing the unreacted water vapor in the condenser 39 is supplied to the fuel electrode 6 of the solid oxide fuel cell stack 9. Also in this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 105 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. In order to supply 108, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図４に示した本実施例は、図１に示した実施例と同様に、図１０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の直流電流が燃料電池直流出力８８の直流電流よりも多い場合には、燃焼器１０５の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気１０８を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３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。   The present embodiment shown in FIG. 4 differs from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 10 in the same way as the embodiment shown in FIG. Is greater than the direct current, the steam 108 generated by using the combustion heat of the combustor 105 is supplied, so that the reformer recycle fuel electrode exhaust gas supplied to the reformer 3 and the desulfurized natural gas are supplied. It can suppress that the steam carbon ratio of the gas mixed gas 28 falls from a predetermined value. For this reason, the steam reforming reaction in the natural gas 1 that is the fuel due to the shortage of reforming steam is not inhibited, and the performance of the reformer 3 is not deteriorated due to carbon deposition. It is possible to continue stably without lowering.

図５（実施例４とする）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例を示す構成図である。図において、前述した図１０、図１、図２、図３、および図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。図５を用いて実施例４を説明する。本実施例は、図４に示した実施例とは、図５に示したように、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を燃焼器１０５に供給する代わりに、流量制御弁１１１を設け、燃焼用空気１１２を燃焼器１０５に供給する点が大きく異なる。   FIG. 5 (referred to as Example 4) is a block diagram showing still another example of the fuel cell power generation system according to the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIGS. 10, 1, 2, 3, and 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Example 4 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 4 in that, instead of supplying the air electrode exhaust gas 17 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 to the combustor 105, as shown in FIG. The point that the valve 111 is provided and the combustion air 112 is supplied to the combustor 105 is greatly different.

次に、本実施例の作用について、図５を参照して説明する。本実施例では、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と燃焼用空気１１２を燃焼器１０５に供給し、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中の未反応燃料および未反応水素を、燃焼用空気１１２中の酸素と燃焼させる。本実施例においても、燃焼器１０５の燃料として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を利用し、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給することがないので、水蒸気１０８を供給するために、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。   Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 and the combustion air 112 are supplied to the combustor 105, and the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 Unreacted fuel and unreacted hydrogen are combusted with oxygen in the combustion air 112. Also in this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 105 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. In order to supply 108, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図５に示した本実施例は、図４に示した実施例と同様に、図１０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の直流電流が燃料電池直流出力８８の直流電流よりも多い場合には、燃焼器１０５の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気１０８を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３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。   Unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 10, the present embodiment shown in FIG. 5 differs from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. Is greater than the direct current, the steam 108 generated by using the combustion heat of the combustor 105 is supplied, so that the reformer recycle fuel electrode exhaust gas supplied to the reformer 3 and the desulfurized natural gas are supplied. It can suppress that the steam carbon ratio of the gas mixed gas 28 falls from a predetermined value. For this reason, the steam reforming reaction in the natural gas 1 that is the fuel due to the shortage of reforming steam is not inhibited, and the performance of the reformer 3 is not deteriorated due to carbon deposition. It is possible to continue stably without lowering.

図６（実施例５とする）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例を示す構成図である。図において、前述した図１０、図１、図２、図３、図４、および図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略する。図６を用いて実施形態６を説明する。本実施例は、図４に示した実施例とは、図６に示したように、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を燃焼器１０５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を燃焼器１０５に供給する点が大きく異なる。   FIG. 6 (referred to as Example 5) is a block diagram showing still another example of the fuel cell power generation system according to the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIGS. 10, 1, 2, 3, 4, and 5 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Embodiment 6 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 4 in that, instead of supplying the air electrode exhaust gas 17 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 to the combustor 105, as shown in FIG. The difference is that the air electrode exhaust gas 63 of the physical fuel cell stack 57 is supplied to the combustor 105.

次に、本実施例の作用について、図６を参照して説明する。本実施例では、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を燃焼器１０５に供給し、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中の未反応燃料および未反応水素を、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中の酸素と燃焼させる。本実施例においても、燃焼器１０５の燃料として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を利用し、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給することがないので、水蒸気１０８を供給するために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。図６に示した本実施例は、図４に示した実施例と同様に、図１０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の直流電流が燃料電池直流出力８８の直流電流よりも多い場合には、燃焼器１０５の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気１０８を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３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。   Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the anode discharge gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 and the cathode discharge gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57 are supplied to the combustor 105, and the polymer electrolyte fuel cell is supplied. Unreacted fuel and unreacted hydrogen in the fuel electrode exhaust gas 19 of the cell stack 9 are combusted with oxygen in the air electrode exhaust gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57. Also in this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 105 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. In order to supply 108, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced. This embodiment shown in FIG. 6 differs from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 10 in the same manner as the embodiment shown in FIG. Is greater than the direct current, the steam 108 generated by using the combustion heat of the combustor 105 is supplied, so that the reformer recycle fuel electrode exhaust gas supplied to the reformer 3 and the desulfurized natural gas are supplied. It can suppress that the steam carbon ratio of the gas mixed gas 28 falls from a predetermined value. For this reason, the steam reforming reaction in the natural gas 1 that is the fuel due to the shortage of reforming steam is not inhibited, and the performance of the reformer 3 is not deteriorated due to carbon deposition. It is possible to continue stably without lowering.

図７（実施例６とする）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例を示す構成図である。図において、前述した図１０、図１、図２、図３、図４、図５、および図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。図７において、１４０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、１９０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、２００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１９０の供給量を制御する流量制御弁を表す。   FIG. 7 (referred to as Example 6) is a block diagram showing still another example of the fuel cell power generation system according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIGS. 10, 1, 2, 3, 4, 5, and 6 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 7, 140 is a mixed gas of a fuel electrode exhaust gas for recycling a solid oxide fuel cell stack and desulfurized natural gas, 190 is a fuel electrode exhaust gas for recycling a solid oxide fuel cell stack, and 200 is a solid oxide. 3 represents a flow rate control valve for controlling the supply amount of fuel electrode exhaust gas 190 for recycling the fuel cell stack.

図７を用いて本実施例を説明する。本実施例は、図４に示した実施例とは、図７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１４０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。   The present embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 4 in that the reformer 3 is not required as shown in FIG. 7, and the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas are mixed. The gas 140 is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 as it is, and the fuel electrode 54 is subjected to a steam reforming reaction of hydrocarbons contained in the natural gas 1 as fuel.

次に、本実施例の作用について、図７を参照して説明する。本実施例では、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１９０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１４０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１９０の供給量は、あらかじ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２００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１９０の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁２００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１４０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 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. The gas 190 is mixed and supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 as a mixed gas 140 of the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and desulfurized natural gas. The supply amount of the anode discharge gas 190 for recycling the solid oxide fuel cell stack is determined by the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) and the flow control valve 200. By controlling the opening degree of the flow control valve 200 based on the opening degree (that is, the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 190 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 140 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、水秦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（化３）式および（化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。炭化水秦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。
水蒸気発生器１０６で生成させた水蒸気１０８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１４０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。本実施例においても、燃焼器１０５の燃料として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を利用し、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給することがないので、水蒸気１０８を供給するために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 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. Carbon oxide is generated. Hydrogen and carbon monoxide generated at the fuel electrode 54 are consumed on the spot by the fuel electrode reaction shown in the formulas (3) and (4), and the solid oxide fuel cell stack 57 is generated. . Since the steam reforming reaction of the hydrocarbon soot is an endothermic reaction, the heat generated by the solid oxide fuel cell stack 57 is used as the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of the hydrocarbon. 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.
The water vapor 108 generated by the water vapor generator 106 is mixed with the mixed gas 140 of the solid oxide fuel cell stack recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas, and the fuel electrode of the solid oxide fuel cell stack 57 is mixed. 54. Also in this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 105 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. In order to supply 108, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図７に示した本実施例は、図４に示した実施例と同様に、図１０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の直流電流が燃料電池直流出力８８の直流電流よりも多い場合には、燃焼器１０５の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気１０８を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１４０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。   The present embodiment shown in FIG. 7 differs from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 10 in the same manner as the embodiment shown in FIG. Is greater than the direct current of the solid oxide, the solid oxide supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 by supplying the steam 108 generated by using the combustion heat of the combustor 105. It is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 140 of the fuel electrode exhaust gas for recycling the fuel cell stack and the desulfurized natural gas from being lower than a predetermined value. For this reason, the performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to the inhibition of reforming water vapor and carbon deposition does not occur, and the power generation of the fuel cell power generation system can be continued stably without reducing the power generation efficiency. Is possible.

図８（実施例７とする）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例を示す構成図である。図において、前述した図１０、図１、図２、図３、図４、図５、図６、および図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。図８を用いて実施例７を説明する。本実施例は、図７に示した実施例とは、図８に示したように、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を燃焼器１０５に供給する代わりに、流量制御弁１１１を設け、燃焼用空気１１２を燃焼器１０５に供給する点が大きく異なる。   FIG. 8 (referred to as Example 7) is a block diagram showing still another example of the fuel cell power generation system according to the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIGS. 10, 1, 2, 3, 4, 4, 5, 6 and 7 are denoted by the same reference numerals, and the description of these parts is omitted. Example 7 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 7 in that, instead of supplying the air electrode exhaust gas 17 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 to the combustor 105 as shown in FIG. The point that the valve 111 is provided and the combustion air 112 is supplied to the combustor 105 is greatly different.

次に、本実施例の作用について、図８を参照して説明する。本実施例では、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と燃焼用空気１１２を燃焼器１０５に供給し、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中の未反応燃料および未反応水素を、燃焼用空気１１２中の酸素と燃焼させる。本実施例においても、燃焼器１０５の燃料として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を利用し、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給することがないので、水蒸気１０８を供給するために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。図８に示した本実施例は、図７に示した実施例と同様に、図１０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の直流電流が燃料電池直流出力８８の直流電流よりも多い場合には、燃焼器１０５の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気１０８を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１４０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。   Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 and the combustion air 112 are supplied to the combustor 105, and the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 Unreacted fuel and unreacted hydrogen are combusted with oxygen in the combustion air 112. Also in this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 105 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. In order to supply 108, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced. The present embodiment shown in FIG. 8 differs from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 10 in the same manner as the embodiment shown in FIG. Is greater than the direct current of the solid oxide, the solid oxide supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 by supplying the steam 108 generated by using the combustion heat of the combustor 105. It is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 140 of the fuel electrode exhaust gas for recycling the fuel cell stack and the desulfurized natural gas from being lower than a predetermined value. For this reason, the performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to the inhibition of reforming water vapor and carbon deposition does not occur, and the power generation of the fuel cell power generation system can be continued stably without reducing the power generation efficiency. Is possible.

図９（実施例８とする）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例を示す構成図である。図において、前述した図１０、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、および図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。
図９を用いて本実施例を説明する。本実施例は、図７に示した実施例とは、図９に示したように、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を燃焼器１０５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を燃焼器１０５に供給する点が大きく異なる。 FIG. 9 (referred to as Example 8) is a configuration diagram showing still another example of the fuel cell power generation system according to the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 10, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. Omitted.
The present embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 7 in that instead of supplying the air electrode exhaust gas 17 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 to the combustor 105, as shown in FIG. The difference is that the air electrode exhaust gas 63 of the physical fuel cell stack 57 is supplied to the combustor 105.

次に、本実施例の作用について図９を参照して説明する。本実施例では、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を燃焼器１０５に供給し、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中の未反応燃料および未反応水素を、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中の酸素と燃焼させる。本実施形態においても、燃焼器１０５の燃料として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を利用し、新たに外部から燃料である天然ガス１を供給することがないので、水蒸気１０８を供給するために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。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the anode discharge gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 and the cathode discharge gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57 are supplied to the combustor 105, and the polymer electrolyte fuel cell is supplied. Unreacted fuel and unreacted hydrogen in the fuel electrode exhaust gas 19 of the cell stack 9 are combusted with oxygen in the air electrode exhaust gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57. Also in the present embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 105 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. In order to supply 108, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.

図９に示した本実施形態は、図７に示した実施例と同様に、図１０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の直流電流が燃料電池直流出力８８の直流電流よりも多い場合には、燃焼器１０５の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気１０８を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１４０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。   9 is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 10 in the same manner as the embodiment shown in FIG. Is greater than the direct current of the solid oxide, the solid oxide supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 by supplying the steam 108 generated by using the combustion heat of the combustor 105. It is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 140 of the fuel electrode exhaust gas for recycling the fuel cell stack and the desulfurized natural gas from being lower than a predetermined value. For this reason, the performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to the inhibition of reforming water vapor and carbon deposition does not occur, and the power generation of the fuel cell power generation system can be continued stably without reducing the power generation efficiency. Is possible.

本発明の発明を実施するための最良の形態とされる燃料電池発電システムの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the fuel cell power generation system made into the best form for implementing invention of this invention. 本発明の実施例１として例示した燃料電池発電システムの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the fuel cell power generation system illustrated as Example 1 of this invention. 本発明の実施例２として例示した燃料電池発電システムの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the fuel cell power generation system illustrated as Example 2 of this invention. 本発明の実施例３として例示した燃料電池発電システムの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the fuel cell power generation system illustrated as Example 3 of this invention. 本発明の実施例４として例示した燃料電池発電システムの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the fuel cell power generation system illustrated as Example 4 of this invention. 本発明の実施例５として例示した燃料電池発電システムの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the fuel cell power generation system illustrated as Example 5 of this invention. 本発明の実施例６として例示した燃料電池発電システムの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the fuel cell power generation system illustrated as Example 6 of this invention. 本発明の実施例７として例示した燃料電池発電システムの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the fuel cell power generation system illustrated as Example 7 of this invention. 本発明の実施例８として例示した燃料電池発電システムの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the fuel cell power generation system illustrated as Example 8 of this invention. 従来の燃料電池発電システムの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of 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 出力調整装置
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 排出用燃料極排出ガス
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
９３ 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
９４ 未反応水蒸気を凝縮させた燃料極排出ガス
９５ 脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス
９７ 流量制御弁 １００ 補給水
１０１ 補給水ポンプ １０２ 水タンク
１０３ 水蒸気発生器用水供給ポンプ １０４ 水
１０５ 燃焼器 １０６ 水蒸気発生器
１０７ 燃焼排出ガス １０８ 水蒸気
１０９ 流量制御弁 １１１ 燃焼用空気
１１２供給量を制御する流量制御弁 １１２ 燃焼用空気
１４０ 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
１５０ ＣＯシフトコンバータ用燃料極排出ガス
１６０ 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
１８０ ＣＯ選択酸化器用燃料極排出ガス
１９０ 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
２００ 流量制御

DESCRIPTION OF SYMBOLS 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 Polymer electrolyte 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 adjustment device 21 Load 22 Fuel cell DC output 23 Transmission end AC output 25 Reformed gas with carbon monoxide concentration reduced to ppm order 26 Carbon monoxide concentration Reformed gas 27 reduced to 1% or less 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 Air for CO selective oxidizer 37 Flow control valve 38 Reformed gas 39 in which unreacted water vapor is condensed 39 Condenser 40 Water produced by battery reaction 4 Condensed water 50 Reformed gas 51 for desulfurizer recycling 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 Solid oxide fuel cell Stack air 59 Flow control valve 60 Fuel electrode exhaust gas 61 for reformer recycling Fuel electrode exhaust gas 62 Flow control valve 63 Air electrode exhaust gas 64 Discharge fuel electrode exhaust gas 74 Flow control valve 75 Flow control valve 86 Output regulator 87 Load 88 Fuel cell DC output 89 Transmission end AC output 93 Fuel electrode exhaust gas 94 with reduced carbon monoxide concentration on the order of ppm 94 Fuel electrode exhaust gas 95 with condensed unreacted water vapor Fuel electrode exhaust gas 97 for desulfurizer recycling Flow control valve 100 Makeup water 101 Makeup water pump 102 Water tank 103 Water supply pump for steam generator 1 4 Water 105 Combustor 106 Steam generator 107 Combustion exhaust gas 108 Steam 109 Flow control valve 111 Flow control valve 111 for controlling the supply amount of combustion air 112 Combustion air 140 Fuel electrode discharge for recycling solid oxide fuel cell stack Gas and desulfurization Mixed gas of natural gas 150 Fuel electrode exhaust gas 160 for CO shift converter Fuel electrode exhaust gas 180 whose concentration of carbon monoxide is reduced to 1% or less Fuel electrode exhaust gas 190 for CO selective oxidizer Solid oxide fuel Fuel cell exhaust gas for battery cell stack recycling 200 Flow control

Claims (7)

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作る改質器と、
前記改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学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共に、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蒸気を凝縮分離する凝縮器と、
前記凝縮器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学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、
前記第二の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の未反応燃料および未反応水素を酸素と燃焼させる燃焼器と、
前記凝縮器で凝縮分離させた水蒸気、前記第二の燃料電池セルスタックの前記発電に伴って生成した生成水、および外部からの補給水を貯蔵する水タンクと、
前記燃焼器の燃焼熱を利用して前記水タンクから供給する水を水蒸気に変換して前記改質器へ供給する水蒸気発生器とを少なくとも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 power by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen,
A reformer that produces hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
Electricity is generated by electrochemically reacting hydrogen in the reformed gas, or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and the exhaust heat generated by the power generation is supplied to the reformer. A first fuel cell stack for supplying fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated to the reformer;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen to convert it into carbon dioxide;
A condenser for condensing and separating water vapor in the exhaust gas of the CO selective oxidizer;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the condenser with oxygen;
A combustor for combusting unreacted fuel and unreacted hydrogen in the anode exhaust gas of the second fuel cell stack with oxygen.
A water tank for storing water vapor condensed and separated by the condenser, generated water generated by the power generation of the second fuel cell stack, and makeup water from the outside;
A fuel cell power generation system comprising at least a water vapor generator that converts water supplied from the water tank to water vapor using combustion heat of the combustor and supplies the water vapor to the 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作る改質器と、
前記改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学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共に、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の一部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蒸気を凝縮分離する凝縮器と、
前記凝縮器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学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、
前記第二の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の未反応燃料および未反応水素を酸素と燃焼させる燃焼器と、
前記凝縮器で凝縮させた水蒸気、前記第二の燃料電池セルスタックの前記発電に伴って生成した生成水、および外部からの補給水を貯蔵する水タンクと、
前記燃焼器の燃焼熱を利用して、前記水タンクから供給する水を水蒸気に変換して前記改質器へ供給する水蒸気発生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 power by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen,
A reformer that produces hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
Electricity is generated by electrochemically reacting hydrogen in the reformed gas, or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and the exhaust heat generated by the power generation is supplied to the reformer. A first fuel cell stack for supplying a part of the fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated to the reformer;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the anode exhaust gas of the first fuel cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen to convert it into carbon dioxide;
A condenser for condensing and separating water vapor in the exhaust gas of the CO selective oxidizer;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the condenser with oxygen;
A combustor for combusting unreacted fuel and unreacted hydrogen in the anode exhaust gas of the second fuel cell stack with oxygen.
A water tank for storing water vapor condensed by the condenser, generated water generated by the power generation of the second fuel cell stack, and makeup water from the outside;
A fuel cell power generation system comprising: a steam generator that converts the water supplied from the water tank into steam using the combustion heat of the combustor and supplies the steam to the 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、
燃料極で前記燃料の水蒸気改質反応を行わせ水素および一酸化炭素を生成させると共に、前記燃料極で生成した水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学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の一部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に残存する一酸化炭素を空気中の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蒸気を凝縮分離する凝縮器と、
前記凝縮器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学反応させることによって発電を行う第二の燃料電池スタックと、
前記第二の燃料電池スタックの燃料極排出ガス中の未反応燃料、および未反応水素を酸素と反応させる燃焼器と、
前記凝縮器で凝縮分離させた水蒸気、前記第二の燃料電池スタックの電気化学反応で生成した生成水、および外部からの補給水を貯蔵する水タンクと、
前記燃焼器の燃焼熱を利用して、前記水タンクから供給する水を気化させることによって水蒸気に変換して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水蒸気発生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 power by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen,
A steam reforming reaction of the fuel is performed at the fuel electrode to generate hydrogen and carbon monoxide, and power generation is performed by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide generated at the fuel electrode with oxygen, First, exhaust heat generated with the power generation is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction, and a part of the fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation is supplied to the fuel electrode. A fuel cell stack of
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the anode exhaust gas of the first fuel cell stack into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide remaining in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen in the air and converts it into carbon dioxide;
A condenser for condensing and separating water vapor in the exhaust gas of the CO selective oxidizer;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the condenser with oxygen;
A combustor that reacts unreacted fuel in the anode exhaust gas of the second fuel cell stack and unreacted hydrogen with oxygen;
A water tank for storing water vapor condensed and separated by the condenser, generated water generated by an electrochemical reaction of the second fuel cell stack, and makeup water from the outside;
Using a combustion heat of the combustor to vaporize water supplied from the water tank to convert it into water vapor and supplying the water vapor to the fuel electrode of the first fuel cell stack; A fuel cell power generation system. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記燃焼器に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燃料電池発電システム。   4. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein an air electrode exhaust gas of the second fuel cell stack is supplied to the combustor. 5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記燃焼器に空気を供給することを特徴とする燃料電池発電システム。   The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 4, wherein air is supplied to the combustor. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記燃焼器に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燃料電池発電システム。   6. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein an air electrode exhaust gas of the first fuel cell stack is supplied to the combustor. 7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、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燃料電池発電システム。   7. The fuel cell according to claim 1, wherein the first fuel cell stack is a solid oxide fuel cell stack, and the second fuel cell stack is a polymer electrolyte fuel cell. A fuel cell power generation system characterized by being a stack.
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