JP2005108509A - Fuel cell power generating system - Google Patents

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武志 小松
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell power generating system with high efficiency capable of stably continuing power generation, by restraining the insufficiency of steam necessary for steam reforming reaction of the fuel. <P>SOLUTION: The fuel cell power generating system constructed by combining two kind of cell stacks of the fuel cell is equipped with a combustion device 96 burning the exhaust gas exhausted from a fuel electrode of the second cell stack 9 and the exhaust gas exhausted from an air electrode 8, and constructed so as to be able to supply steam from a steam generating device 95 generating the steam by utilizing the combustion heat of a combustion device 96 to a reforming device 3, and to stably generate power by restraining insufficiency of the steam necessary for steam reforming reaction of the fuel. On the power generating system disusing either CO selective oxidation device or a vapor condenser, for example, a phosphate type cell stack 9 or solid polymer type cell stack is effectively used as the second cell stack of fuel cell. <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、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に関するものである。   The present invention relates to a highly efficient fuel cell power generation system capable of suppressing power shortage necessary for a steam reforming reaction of fuel and stably continuing power generation.

図１９は、二種類の燃料電池セルスタックを組み合わせて高効率に発電を行う従来の燃料電池発電システムを示す構成図である（例えば、特許文献１参照）。図１９に示した従来の燃料電池発電システムでは、第一の燃料電池セルスタックとして固体酸化物形燃料電池セルスタックを用い、第二の燃料電池セルスタックとしてりん酸形燃料電池セルスタックを用いている。   FIG. 19 is a configuration diagram showing a conventional fuel cell power generation system that generates power with high efficiency by combining two types of fuel cell stacks (see, for example, Patent Document 1). In the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, a solid oxide fuel cell stack is used as the first fuel cell stack, and a phosphoric acid fuel cell stack is used as the second fuel cell stack. Yes.

図１９に示した従来の燃料電池発電システムの主な構成要素は、脱硫器、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、りん酸形燃料電池セルスタック、出力調整器、流量制御弁、空気供給用ブロア、燃焼器、および配管類である。図１９において、１は燃料である天然ガス、２は脱硫器、３は改質器、４はＣＯシフトコンバータ、５はりん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス、６は燃料極、７はりん酸電解質、８は空気極、９は第二の燃料電池セルスタックであるりん酸形燃料電池セルスタックであり、このりん酸形燃料電池セルスタック９は、燃料極６、りん酸電解質７、および空気極８を構成要素とする。１０はりん酸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、１３は空気供給用ブロア、１７はりん酸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はりん酸形燃料電池セルスタック９から排出される燃料極排出ガス、２０は出力調整器、２１は負荷、２２は燃料電池直流出力、２３は送電端交流出力、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はりん酸形燃料電池セルスタック用空気、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、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、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。
なお、上記「水素豊富」は、電池反応によって発電に寄与するに足りる濃度の水素を含有することを意味する。 The main components of the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19 are a desulfurizer, a reformer, a solid oxide fuel cell stack, a CO shift converter, a phosphoric acid fuel cell stack, an output regulator, A flow control valve, an air supply blower, a combustor, and piping; In FIG. 19, 1 is a natural gas as a fuel, 2 is a desulfurizer, 3 is a reformer, 4 is a CO shift converter, 5 is a reformed gas for a phosphoric acid fuel cell stack, 6 is a fuel electrode, and 7 is a fuel electrode. The phosphoric acid electrolyte, 8 is an air electrode, 9 is a phosphoric acid fuel cell stack which is a second fuel cell stack, and this phosphoric acid fuel cell stack 9 includes a fuel electrode 6, a phosphoric acid electrolyte 7, The air electrode 8 is a component. 10 is a flow rate control valve for controlling the supply amount of the phosphoric acid fuel cell stack air 32, 13 is an air supply blower, 17 is an air electrode exhaust gas discharged from the phosphoric acid fuel cell stack 9, and 18 is Air, 19 is an anode exhaust gas discharged from the phosphoric acid fuel cell stack 9, 20 is an output regulator, 21 is a load, 22 is a fuel cell DC output, 23 is a power transmission end AC output, and 26 is a CO shift converter. 4 is a reformed gas whose carbon monoxide concentration is reduced to 1% or less, 27 is a reformed gas rich in hydrogen, 28 is a mixed gas of fuel electrode exhaust gas for reformer recycling and desulfurized natural gas , 29 is desulfurized natural gas, 32 is phosphoric acid fuel cell stack air, 37 is a flow control valve for controlling the supply amount of natural gas 1 as fuel, 50 is a reformed gas for recycling the desulfurizer, and 51 is desulfurized. Vessel A flow control valve for controlling the supply amount of the reformed gas 50 for the vehicle, 54 is a fuel electrode, 55 is a solid oxide electrolyte, 56 is an air electrode, and 57 is a solid oxide fuel cell that 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 air 58 for the solid oxide fuel cell stack, 63 is the air electrode exhaust gas discharged from the air electrode 56, 64 is the fuel electrode exhaust gas for discharge, and 74 is rich in hydrogen The flow rate control valve 75 controls the supply amount of the reformed gas 27 to the CO shift converter 4, and 75 controls the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. The flow control valve 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.
Note that the above-mentioned “hydrogen rich” means containing hydrogen at a concentration sufficient to contribute to power generation by a battery reaction.

図１９において、りん酸形燃料電池セルスタック９が一組の燃料極６、りん酸電解質７、および空気極８からなる単セルスタック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、りん酸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. 19, the phosphoric acid fuel cell stack 9 is shown as being constituted by a single cell stack composed of a set of fuel electrode 6, phosphoric acid electrolyte 7, and air electrode 8. The phosphoric acid fuel cell stack 9 is composed of a plurality of single cells. Similarly, the solid oxide fuel cell stack 57 is shown as being constituted by a single cell composed of a pair of fuel electrode 54, solid oxide electrolyte 55, and air electrode 56. The solid oxide fuel cell stack 57 is composed of a plurality of single cells.

以下、図１９を用いて、この従来の燃料電池発電システムの作用について説明する。燃料である天然ガス１を脱硫器２に供給する。燃料である天然ガス１の供給量は、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−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の改質触媒とりん酸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の電極触媒の劣化原因となる燃料である天然ガス１中のメルカプタン等の腐臭剤に含まれる硫黄成分を水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よ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賄う。   In the desulfurizer 2, the reformed catalyst of the reformer 3, the fuel electrode 6 of the phosphoric acid fuel cell stack 9, and the solid oxide 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 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 hydrogen sulfide and zinc oxide are reacted to generate zinc sulfide, thereby removing the sulfur content. In order to supply the hydrogen necessary for the production of hydrogen sulfide, a part of the reformed gas 26 in which the concentration of hydrogen-rich carbon monoxide discharged from the CO shift converter 4 is reduced to 1% or less is recycled to the desulfurizer. Is recycled to the desulfurizer 2 as the reformed gas 50 for use. The supply amount of the reforming gas 50 for recycling the desulfurizer includes the preset opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as 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. To cover 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での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（水蒸気の燃料である天然ガス中の炭素に対するモル比）が所定の値になるように設定する。   The desulfurized natural gas 29 desulfurized by 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, and the reformer is recycled. Is supplied to the reformer 3 as a mixed gas 28 of the 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. The steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas (molar ratio of water vapor to carbon in the natural gas as fuel) is set to a predetermined value.

改質器３では、充填された改質触媒の働きにより燃料である天然ガス１に含まれる炭化水素の水蒸気改質反応が行われ、水素豊富な改質ガス２７が作られる。
燃料である天然ガス１の主成分であるメタンの水蒸気改質反応は下記（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℃に維持することが必要である。このため、後述する改質器３の近傍に設置された８００〜１０００℃で発電を行う固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の高温排熱を、改質反応に必要な反応熱として改質器３に供給する。
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の電池電流と流量制御弁７４の開度（すなわち、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁７４の開度を制御することによって、燃料電池直流出力２２の電池電流に見合った値に設定する。一方、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量は、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７５の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁７５の開度を制御することによって、燃料電池直流出力８８の電池電流に見合った値に設定する。
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、あらかじめ設定した燃料電池直流出力８８の電池電流と流量制御弁６２の開度（すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック用空気５８の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁６２の開度を制御することによって、燃料電池直流出力８８の電池電流に見合った値に設定する。
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。 (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 necessary to supply heat of reaction 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.
Part of the hydrogen-rich reformed gas 27 produced by the reformer 3 is supplied to the CO shift converter 4, and the rest is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. The supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the CO shift converter 4 is determined by the preset battery current of the fuel cell DC output 22 and the opening of the flow control valve 74 (that is, the amount of hydrogen rich to the CO shift converter 4). Based on the relationship of the supply amount of the reformed gas 27), the opening degree of the flow control valve 74 is controlled to set a value corresponding to the battery current of the fuel cell DC output 22. On the other hand, the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 is determined based on the preset battery current of the fuel cell DC output 88 and the opening degree of the flow control valve 75 ( That is, based on the relationship of the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57), the fuel cell direct current is controlled by controlling the opening degree of the flow control valve 75. A value corresponding to the battery current of the output 88 is set.
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 air 58 for the solid oxide fuel cell stack includes the battery current of the fuel cell DC output 88 and the opening of the flow control valve 62 (that is, the air 58 for the solid oxide fuel cell stack). By controlling the opening degree of the flow rate control valve 62 based on the relationship of the (supply amount), a value corresponding to the battery current of the fuel cell DC output 88 is set.
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、水蒸気および二酸化炭素と電子が生成する。 (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, carbon dioxide, 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素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.
Summarizing the formulas (2), (3), (2) and (4), 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 produces water vapor from hydrogen and oxygen, and the reaction that produces carbon dioxide from carbon monoxide and oxygen shown in the following 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器８６で電圧の変換と直流から交流への変換を行った後に、送電端交流出力８９として負荷８７に供給する。なお、図１９では、出力調整器８６で直流から交流の変換を行っているが、出力調整器８６で電圧変換のみを行い、送電端直流出力を負荷８７に供給してもよい。
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。
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として排出する。
水素豊富な改質ガス２７中にはりん酸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。 (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 DC output 88 obtained by the power generation of the solid oxide fuel cell stack 57 is subjected to voltage conversion and DC to AC conversion by the output regulator 86 in accordance with the load 87, and then the transmission end AC The output 89 is supplied to the load 87. In FIG. 19, the output regulator 86 performs conversion from direct current to alternating current. However, the output regulator 86 may perform only voltage conversion and supply the power transmission end DC output to the load 87.
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.
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 as a fuel electrode exhaust gas 64 for discharge.
Since the hydrogen-rich reformed gas 27 contains carbon monoxide which causes deterioration of the electrode catalyst of the fuel electrode 6 of the phosphoric acid fuel cell stack 9, the solid oxide fuel cell stack 57 includes The hydrogen-rich reformed gas 27 that is not supplied is supplied to the CO shift converter 4 filled with a shift catalyst such as a copper-zinc catalyst, and an aqueous shift reaction represented by the following formula (7) is performed by the action of the shift catalyst. As a result, the carbon monoxide concentration in the hydrogen-rich reformed gas 27 is reduced to 1% or less.

（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、発生した熱は脱硫器２に供給し、前述した吸熱反応である脱硫器２の硫化水素と硫化亜鉛の生成反応の反応熱として利用する。
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、りん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス５としてりん酸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、りん酸形燃料電池セルスタック用空気３２としてりん酸形燃料電池セルスタック９の空気極８に供給する。りん酸形燃料電池セルスタック９の空気極８へのりん酸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カ２２の電池電流と流量制御弁１０の開度（すなわち、りん酸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。りん酸形燃料電池セルスタック９の発電温度は、１９０℃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。
りん酸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、りん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス５中に含まれる水素の８０％が、下記（化８）式に示す燃料極反応により水素イオンと電子に変わる。 (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 generated heat 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.
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 Then, the reformed gas 5 for the phosphoric acid fuel cell stack is supplied to the fuel electrode 6 of the phosphoric acid fuel cell stack 9.
A part of the air 18 taken in by the air supply blower 13 is supplied to the air electrode 8 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 as phosphoric acid fuel cell stack air 32. The supply amount of the phosphoric acid fuel cell stack air 32 to the air electrode 8 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is determined by the preset battery current of the fuel cell DC output 22 and the opening of the flow control valve 10. Based on the relationship (that is, the supply amount of the phosphoric acid fuel cell stack air 32), the opening degree of the flow control valve 10 is controlled to set a value commensurate with the battery current of the fuel cell DC output 22. To do. The power generation temperature of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is generally 190 ° C., and the power generation temperature is maintained by the heat generated by the battery reaction.
In the fuel electrode 6 of the phosphoric acid fuel cell stack 9, 80% of the hydrogen contained in the reformed gas 5 for the phosphoric acid fuel cell stack is represented by the following formula (8) by the action of the platinum-based electrode catalyst. It changes into hydrogen ions and electrons due to the fuel electrode reaction shown in.

（燃料極反応）
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−………（化８）
燃料極６で生成した水素イオンは、りん酸電解質７の内部に移動し、空気極８に到達する。一方、燃料極６で生成した電子は、外部回路を移動し、空気極８に到達する。この電子が外部回路を移動する過程で、電気エネルギーを燃料電池直流出力２２として取り出すことができる。りん酸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からりん酸電解質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に供給されたりん酸形燃料電池セルスタック用空気３２中の酸素が、下記（９）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 8)
Hydrogen ions generated at the fuel electrode 6 move into the phosphoric acid electrolyte 7 and reach the air electrode 8. On the other hand, the electrons generated at the fuel electrode 6 travel through the external circuit and reach the air electrode 8. Electric energy can be taken out as the fuel cell DC output 22 in the process in which the electrons move through the external circuit. In the air electrode 8 of the phosphoric acid 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 an external circuit from the fuel electrode 6. Electrons that have moved to the air electrode 8 and oxygen in the phosphoric acid fuel cell stack air 32 supplied to the air electrode 8 react by the air electrode reaction shown in the following formula (9) to generate water. .

（空気極反応）
２Ｈ＋＋(1/2)Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ………（化９）
上記（化８）式と（化９）式をまとめると、りん酸形燃料電池セルスタック９の電池反応は、下記（化１０）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 9)
Summarizing the above (Chemical formula 8) and (Chemical formula 9), the battery reaction of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is the reverse of the electrolysis of water that can be produced from hydrogen and oxygen as shown in the following (Chemical formula 10). It can be expressed as a reaction.

（電池反応）
Ｈ２十(1/2)Ｏ２→Ｈ２Ｏ………（化１０）
りん酸形燃料電池セルスタック９の発電によって得られた燃料電池直流出力２２は、負荷２１に合わせて出力調整器２０で電圧の変換と直流から交流へ変換を行った後に、送電端交流出力２３として負荷２１に供給する。なお、図１９では、出力調整器２０で直流から交流への変換を行っているが、出力調整器２０で電圧変換のみ行い、送電端直流出力を負荷２１に供給してもよい。
りん酸形燃料電池セルスタック用空気３２は、りん酸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９）式に示した空気極反応により消費した後に、りん酸形燃料電池セルスタック９の空気極排出ガス１７として排出する。一方、りん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス５は、りん酸形燃料電池セルスタック９の燃料極６で水素の約８０％を（化８）式に示した燃料極反応により消費した後に、りん酸形燃料電池セルスタック９の燃料極排出ガス１９として排出する。 (Battery reaction)
H 2 ten (1/2) O 2 → H 2 O ......... ( of 10)
The fuel cell direct current output 22 obtained by the power generation of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is subjected to voltage conversion and direct current to alternating current conversion by the output regulator 20 in accordance with the load 21, and then the power transmission end alternating current output 23. To the load 21. In FIG. 19, conversion from direct current to alternating current is performed by the output regulator 20, but only voltage conversion may be performed by the output regulator 20 to supply the power transmission end DC output to the load 21.
The phosphoric acid fuel cell stack air 32 is used in the phosphoric acid fuel cell stack 9 after a part of oxygen is consumed in the air electrode 8 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 by the air electrode reaction shown in the formula (9). The air is discharged as the air electrode exhaust gas 17 of the fuel cell stack 9. On the other hand, the reformed gas 5 for the phosphoric acid fuel cell stack is consumed after about 80% of hydrogen is consumed by the fuel electrode reaction shown in the chemical formula 8 at the fuel electrode 6 of the phosphoric acid fuel cell stack 9. The fuel electrode exhaust gas 19 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is discharged.

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

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、従来の例えば図１９に示した燃料電池発電システムでは、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量の方が固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量より多い場合には、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４で電池反応により生成した水蒸気を含む改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０を供給するだけでは水蒸気が不足し、改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下する恐れがある。
改質器３に供給する改質器リサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス２８のスチームカーボン比が所定の値より低下すると、改質用水蒸気の不足により燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応が十分進行しなくなる、カーボン析出により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 shown in FIG. 19, for example, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, When the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 is larger than the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, the solid oxide fuel cell By supplying the reformer recycling fuel electrode exhaust gas 60 containing the steam generated by the cell reaction at the fuel electrode 54 of the cell stack 57, the steam becomes insufficient, and the reformer recycling fuel electrode supplied to the reformer 3. There is a possibility that the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the exhaust gas and the desulfurized natural 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 the desulfurized natural gas supplied to the reformer 3 falls below a predetermined value, the fuel in the natural gas 1 is the fuel due to the lack of reforming steam. For example, the steam reforming reaction of hydrocarbons does not proceed sufficiently, and the performance of the reformer is reduced due to carbon deposition. Therefore, 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、本発明においては、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的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した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水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
前記第二の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の燃料、水素、および一酸化炭素を酸素と燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器の燃焼熱を利用して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、少なくとも具備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, the present invention is configured as described in the claims. That is,
As claimed in claim 1,
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, supplying heat generated by the power generation to the reformer, and A first fuel cell stack for supplying the reformer with fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated therewith;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen;
A combustor that burns fuel, hydrogen, and carbon monoxide with oxygen in the anode discharge gas of the second fuel battery cell stack, and converts the water into water vapor using the combustion heat of the combustor; The fuel cell power generation system includes at least a water vapor generator to be supplied 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的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した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んだ燃料極排出ガスを前記改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、
前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
前記第二の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の燃料、水素、および一酸化炭素を酸素と燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼熱を利用して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、を少なくとも具備する燃料電池発電システムとするものである。 Moreover, as described in claim 2,
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 a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel, and generating electricity by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen, A first fuel cell stack that supplies heat generated with the power generation to the reformer and supplies fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation 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 second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen;
A combustor for burning fuel, hydrogen, and carbon monoxide with oxygen in an anode exhaust gas of the second fuel cell stack;
A fuel cell power generation system comprising at least a steam generator that converts combustion water into steam by using 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的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記燃料極に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、
前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
前記第二の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の燃料、水素、および一酸化炭素を酸素と燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼熱を利用して水を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と、を少なくとも具備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 a fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen,
The fuel electrode undergoes a steam reforming reaction of the fuel to generate hydrogen and carbon monoxide, and the hydrogen generated at the fuel electrode, or hydrogen and carbon monoxide are reacted electrochemically with oxygen. A first fuel that consumes the heat generated with the power generation as the reaction heat necessary for the steam reforming reaction and supplies the fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the fuel electrode A battery cell stack;
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 second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen;
A combustor for burning fuel, hydrogen, and carbon monoxide with oxygen in an anode exhaust gas of the second fuel cell stack;
A fuel cell power generation system comprising at least a steam generator that converts combustion water into steam using the combustion heat of the combustor and supplies the steam to the fuel electrode of the first fuel cell stack. .

また、請求項４に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素豊富な改質ガスを作る改質器と、
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的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した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んだ燃料極排出ガスを前記改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、
前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
前記水素分離器の排出ガス中の燃料、水素、および一酸化炭素を酸素と燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼熱を利用して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、を少なくとも具備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 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, supplying heat generated by the power generation to the reformer, and A first fuel cell stack for supplying the reformer with fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated therewith;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
A hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen;
A combustor for burning the fuel, hydrogen, and carbon monoxide in the exhaust gas of the hydrogen separator with oxygen;
A fuel cell power generation system comprising at least a steam generator that converts combustion water into steam by using combustion heat of the combustor and supplies the steam to the reformer.

また、請求項５に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
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的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した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んだ燃料極排出ガスを前記改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、
前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
前記水素分離器の排出ガス中の燃料、水素、および一酸化炭素を酸素と燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器の燃焼熱を利用して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、を少なくとも具備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 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, supplying heat generated by the power generation to the reformer, and A first fuel cell stack for supplying the reformer with fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated therewith;
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 hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen;
A combustor that burns fuel, hydrogen, and carbon monoxide in the exhaust gas of the hydrogen separator with oxygen, and converts the water into steam using the combustion heat of the combustor and supplies it to the reformer A fuel cell power generation system including at least a water vapor generator.

また、請求項６に記載のように、
燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
燃料極で前記燃料の水蒸気改質反応を行わせ水素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的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記燃料極に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、
前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
前記水素分離器の排出ガス中の燃料、水素、および一酸化炭素を酸素と燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼熱を利用して水を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と、を少なくとも具備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 a fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen,
The fuel electrode undergoes a steam reforming reaction of the fuel to generate hydrogen and carbon monoxide, and the hydrogen generated at the fuel electrode, or hydrogen and carbon monoxide are reacted electrochemically with oxygen. A first fuel that consumes the heat generated with the power generation as the reaction heat necessary for the steam reforming reaction and supplies the fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the fuel electrode A battery cell stack;
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 hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen;
A combustor for burning the fuel, hydrogen, and carbon monoxide in the exhaust gas of the hydrogen separator with oxygen;
A fuel cell power generation system comprising at least a steam generator that converts combustion water into steam using the combustion heat of the combustor and supplies the steam to the fuel electrode of the first fuel cell stack. .

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。 Moreover, as described in claim 7,
7. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein air is supplied to the combustor.

また、請求項８に記載のように、
請求項１ないし請求項７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 8,
8. 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. 9.

また、請求項９に記載のように、
請求項１ないし請求項８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 9,
9. 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.

また、請求項１０に記載のように、
請求項１ないし請求項９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りん酸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 10,
10. The fuel cell stack 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 phosphoric acid fuel cell stack. 11. This is a fuel cell power generation system.

また、請求項１１に記載のように、
請求項１ないし請求項９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。 Further, as described in claim 11,
10. The fuel cell stack 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. 10. The fuel cell power generation system is a stack.

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.

〈実施例１〉
図１は、本発明による燃料電池発電システムの一実施の形態を示す構成図であり、本発明を実施するための最良の形態として例示するものであって、これを〈実施例１〉とする。
図１において、前述した図１９と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図１において、９０は補給水、９１は補給水ポンプ、９２は水タンク、９３は水蒸気発生器用水供給ポンプ、９４は水、９５は水蒸気発生器、９６は燃焼器、９７は燃焼器排出ガス、９８は水蒸気、９９は水蒸気９８の供給量を制御する流量制御弁である。
図１を用いて本実施例１を説明する。本実施例は、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは、図１に示したようにりん酸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９６と、補給水ポンプ９１で供給される補給水９０を貯蔵する水タンク９２と、水タンク９２から水蒸気発生器用水供給ポンプ９３で供給した水９４を燃焼器９６の燃焼熱で気化させて水蒸気９８を生成させる水蒸気発生器９５を備え、水蒸気発生器９５で発生した水蒸気９８を改質器３に供給する点が大きく異なる。 <Example 1>
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a fuel cell power generation system according to the present invention, which is illustrated as the best mode for carrying out the present invention, and is referred to as <Example 1>. .
In FIG. 1, the same components as those in FIG. 19 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 1, 90 is makeup water, 91 is a makeup water pump, 92 is a water tank, 93 is a water supply pump for a steam generator, 94 is water, 95 is a steam generator, 96 is a combustor, and 97 is a combustor exhaust gas. , 98 is water vapor, and 99 is a flow rate control valve for controlling the supply amount of water vapor 98.
The first embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19 in that the fuel electrode exhaust gas 19 and the air electrode exhaust gas 17 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 are supplied as shown in FIG. A combustor 96 that performs a combustion reaction, a water tank 92 that stores make-up water 90 supplied by a make-up water pump 91, and water 94 that is supplied from the water tank 92 by a water supply pump 93 for a steam generator are supplied to the combustor 96. A water vapor generator 95 that vaporizes with combustion heat to generate water vapor 98 is provided, and the water vapor 98 generated by the water vapor generator 95 is supplied to the reformer 3.

次に、本実施例の作用について、図１を参照して説明する。補給水ポンプ９１を作動させ、外部から補給水９０を水タンク９２に供給する。りん酸形燃料電池セルスタック９の燃料極排出ガス１９とりん酸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９６に供給し、りん酸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、りん酸形燃料電池セルスタック９の空気極排出ガス１７中の未反応酸素と燃焼させ、燃焼器排出ガス９７を排出する。燃焼器９６の燃焼熱を利用して水タンク９２から水蒸気発生器９５に供給した水９４を気化させることによって水蒸気９８を生成させる。水蒸気発生器９５で生成させた水蒸気９８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９８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９９の開度（すなわち、水蒸気９８の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁９９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。
本実施例においては、燃焼器９６の燃料としてりん酸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９８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１に示した実施例１では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量の方が固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量より多い場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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 the present embodiment will be described with reference to FIG. The makeup water pump 91 is operated to supply makeup water 90 to the water tank 92 from the outside. An anode exhaust gas 19 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 and an air cathode exhaust gas 17 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 are supplied to the combustor 96, and the anode exhaust gas of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is supplied. The unreacted fuel and unreacted hydrogen in 19 are combusted with unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 17 of the phosphoric acid fuel cell stack 9, and the combustor exhaust gas 97 is discharged. Steam 98 is generated by vaporizing water 94 supplied from the water tank 92 to the steam generator 95 using the combustion heat of the combustor 96. The steam 98 generated by the steam generator 95 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 98 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 99 based on the relationship between the supply amount of the gas 60 and the opening of the flow control valve 99 (that is, the supply of steam 98). 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 the present embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 96, and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.
In the first embodiment shown in FIG. 1, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88 and is supplied to the CO shift converter 4. When the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 is larger than the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, the steam generator 95 The steam 98 generated by using the combustion heat of the combustor 96 is mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas and supplied to the reformer 3. It is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the fuel electrode exhaust gas for desulfurizer recycling and the desulfurized natural gas from being lower than 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.

〈実施例２〉
図２は、本発明による燃料電池発電システムの他の一実施例（これを実施例２とする）を示す構成図である。図２において、前述した図１９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、１００は燃焼用空気１０１の供給量を制御する流量制御弁、１０１は燃焼用空気である。
図２を用いて実施例２を説明する。本実施例は、図１に示した実施例１とは、図２に示したように、りん酸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９６に供給する代わりに、燃焼器用空気１０１を燃焼器９６に供給する点が大きく異なる。 <Example 2>
FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 2). 2, the same components as those in FIGS. 19 and 1 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 2, 100 is a flow control valve that controls the supply amount of combustion air 101, and 101 is combustion air.
A second embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the air electrode exhaust gas 17 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is supplied to the combustor 96 instead of the combustor 96 as shown in FIG. The difference is that the air 101 is supplied to the combustor 96.

次に、本実施例の作用について、図２を参照して説明する。りん酸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１０１を燃焼器９６に供給し、りん酸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１０１中の酸素と燃焼させる。燃焼器９６への燃焼用空気１０１の供給量は、あらかじめ設定された流量制御弁９９の開度（すなわち、水蒸気９８の供給量）と流量制御弁１００の開度（すなわち、燃焼用空気１０１の供給量）の関係に基づいて、水蒸気９８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９６の燃料としてりん酸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９８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２に示した本実例では、図１に示した実施例１と同様に、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量の方が固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量より多い場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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 the present embodiment will be described with reference to FIG. The anode discharge gas 19 and the combustion air 101 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 are supplied to the combustor 96, and unreacted fuel and unreacted hydrogen in the anode discharge gas 19 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 are supplied. Is combusted with oxygen in the combustion air 101. The supply amount of the combustion air 101 to the combustor 96 includes the opening degree of the flow rate control valve 99 (that is, the supply amount of water vapor 98) and the opening degree of the flow rate control valve 100 (that is, the combustion air 101). Based on the relationship of (supply amount), a value corresponding to the supply amount of water vapor 98 is set.
Also in this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 96, and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.
In the present example shown in FIG. 2, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is equal to the fuel cell DC output 88, as in the first embodiment shown in FIG. The supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the CO shift converter 4 is larger than the battery current of the current, and the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 is greater. If more, the steam 98 generated by using the combustion heat of the combustor 96 in the steam generator 95 is mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas and supplied. Accordingly, it is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas supplied to the reformer 3 from being lower than a predetermined value. For this reason, the steam reforming 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.

〈実施例３〉
図３は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施例（これを実施例３とする）を示す構成図である。図３において、前述した図１９、図１、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を用いて実施例３を説明する。本実施例による燃料電池発電システムは、図１に示した実施例１とは、図３に示したように、りん酸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９６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９６に供給する点が大きく異なる。 <Example 3>
FIG. 3 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 3). In FIG. 3, the same parts as those in FIGS.
Embodiment 3 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system according to this embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the air electrode exhaust gas 17 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is supplied to the combustor 96 as shown in FIG. Instead, the difference is that the air electrode exhaust gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57 is supplied to the combustor 96.

次に、本実施例の作用について、図３を参照して説明する。りん酸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９６に供給し、りん酸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中の未反応酸素と燃焼させる。
本実施例においても、燃焼器９６の燃料としてりん酸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９８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に示した本実施例では、図１に示した実施例１と同様に、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、ＣＯシフトコンバータ４への水素豊富な改質ガス２７の供給量の方が固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４への水素豊富な改質ガス２７の供給量より多い場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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. The anode discharge gas 19 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 and the cathode discharge gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57 are supplied to the combustor 96 to discharge the anode of the phosphoric acid fuel cell stack 9. Unreacted fuel and unreacted hydrogen in the gas 19 are combusted with unreacted 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 phosphoric acid fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 96, and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.
In the present embodiment shown in FIG. 3, like the first embodiment shown in FIG. 1, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is the fuel cell DC output. The amount of hydrogen-rich reformed gas 27 supplied to the CO shift converter 4 is larger than the battery current of 88, and the hydrogen-rich reformed gas 27 is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. When the amount is larger, the steam 98 generated by the steam generator 95 using the combustion heat of the combustor 96 is mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas and supplied. As a result, it is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas supplied to the reformer 3 from being lower than a predetermined value. For this reason, the steam reforming 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.

〈実施例４〉
図４は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施例（これを実施例４とする）を示す構成図である。図４において、前述した図１９、図１、図２、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、１１１は脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス、１１２は脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス１１１の供給量を制御する流量制御弁、１１３はＣＯシフトコンバータ用燃料極排出ガス、１１４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、１１５はりん酸形燃料電池セルスタック用燃料極排出ガスを表す。
図４を用いて実施例４を説明する。本実施例は、図１に示した実施例１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１１３をＣＯシフトコンバータ４に供給する点が大きく異なる。 <Example 4>
FIG. 4 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 4). 4, the same components as those in FIGS. 19, 1, 2, and 3 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 4, 111 is a fuel electrode exhaust gas for desulfurizer recycling, 112 is a flow control valve for controlling the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 111 for desulfurizer recycling, 113 is a fuel electrode exhaust gas for CO shift converter, and 114 is CO A fuel electrode exhaust gas in which the concentration of carbon monoxide, which is an exhaust gas of the shift converter 4, is reduced to 1% or less, 115 denotes a fuel electrode exhaust gas for a phosphoric acid fuel cell stack.
Example 4 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the CO shift converter fuel electrode exhaust gas 113 is supplied to the CO shift converter 4 instead of the hydrogen-rich reformed gas 27 as shown in FIG. The point to do is very different.

次に、本実施例の作用について、図４を参照して説明する。本実施例では、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４から排出した燃料極排出ガス６１は、改質器リサイクル用燃料極排出ガス６０とＣＯシフトコンバータ用燃料極排出ガス１１３に分配され、それぞれ改質器３とＣＯシフトコンバータ４に供給される。
脱硫器２での硫化水素の生成に必要な水素を供給するために、ＣＯシフトコンバータでつくられた水素を含む一酸化炭素濃度を１％以下に低減させた燃料極排出ガス１１４の一部を、脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス１１１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１１１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１１２の開度（すなわち、脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス１１１の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１１２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１１４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１１１として脱硫器２に供給し、残りは、りん酸形燃料電池セルスタック用燃料極排出ガス１１５としてりん酸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９６の燃料としてりん酸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９８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４に示した実施例４では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多い場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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 the present embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 61 discharged from the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 is distributed to the reformer recycling fuel electrode exhaust gas 60 and the CO shift converter fuel electrode exhaust gas 113. And supplied to the reformer 3 and the CO shift converter 4 respectively.
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 114 with the concentration of carbon monoxide containing hydrogen produced by the CO shift converter reduced to 1% or less is reduced. Then, it is recycled to the desulfurizer 2 as the fuel electrode exhaust gas 111 for desulfurizer recycling. The supply amount of the fuel electrode exhaust gas 111 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 112 (that is, desulfurization). Based on the relationship of the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 111 for recycler), the opening degree of the flow control valve 112 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 114 produced by the CO shift converter 4 with the carbon monoxide concentration reduced to 1% or less is supplied to the desulfurizer 2 as the fuel electrode exhaust gas 111 for desulfurizer recycling as described above. The remainder is supplied to the fuel electrode 6 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 as the fuel electrode exhaust gas 115 for the phosphoric acid fuel cell stack.
Also in this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 96, and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.
In the fourth embodiment shown in FIG. 4, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, when the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, water vapor is generated. The steam 98 generated by using the combustion heat of the combustor 96 in the combustor 95 is supplied to the reformer 3 by being mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. It is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas from being lower than 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.

〈実施例５〉
図５は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施例（これを実施例５とする）を示す構成図である。図５において、前述した図１９、図１、図２、図３、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５を説明する。本実施例は、図４に示した実施例４とは、図５に示したように、りん酸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９６に供給する代わりに、燃焼器用空気１０１を燃焼器９６に供給する点が大きく異なる。 <Example 5>
FIG. 5 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 5). In FIG. 5, the same components as those in FIGS. 19, 1, 2, 3, and 4 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
Example 5 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 4 shown in FIG. 4 in that a combustor 96 is used instead of supplying the cathode exhaust gas 17 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 to the combustor 96 as shown in FIG. The difference is that the air 101 is supplied to the combustor 96.

次に、本実施例の作用について、図５を参照して説明する。りん酸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１０１を燃焼器９６に供給し、りん酸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１０１中の酸素と燃焼させる。燃焼器９６への燃焼用空気１０１の供給量は、あらかじめ設定された流量制御弁９９の開度（すなわち、水蒸気９８の供給量）と流量制御弁１００の開度（すなわち、燃焼用空気１０１の供給量）の関係に基づいて、水蒸気９８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９６の燃料としてりん酸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９８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５に示した実施例５では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多い場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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 the present embodiment will be described with reference to FIG. The anode discharge gas 19 and the combustion air 101 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 are supplied to the combustor 96, and unreacted fuel and unreacted hydrogen in the anode discharge gas 19 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 are supplied. Is combusted with oxygen in the combustion air 101. The supply amount of the combustion air 101 to the combustor 96 includes the opening degree of the flow rate control valve 99 (that is, the supply amount of water vapor 98) and the opening degree of the flow rate control valve 100 (that is, the combustion air 101). Based on the relationship of (supply amount), a value corresponding to the supply amount of water vapor 98 is set.
Also in this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 96, and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.
In the fifth embodiment shown in FIG. 5, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, when the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, water vapor is generated. The steam 98 generated by using the combustion heat of the combustor 96 in the combustor 95 is supplied to the reformer 3 by being mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. It is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas from being lower than 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.

〈実施例６〉
図６は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施例（これを実施例６とする）を示す構成図である。図６において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、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を用いて実施例６を説明する。本実施例は、図４に示した実施例４とは、図６に示したように、りん酸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９６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９６に供給する点が大きく異なる。 <Example 6>
FIG. 6 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 6). In FIG. 6, the same components as those in FIGS. 19, 1, 2, 3, 4, and 5 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
Example 6 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 4 shown in FIG. 4 in that, instead of supplying the cathode exhaust gas 17 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 to the combustor 96, 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 96.

次に、本実施例の作用について、図６を参照して説明する。りん酸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９６に供給し、りん酸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中の未反応酸素と燃焼させる。
本実施例においても、燃焼器９６の燃料としてりん酸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９８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に示した実施例６では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多い場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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 the present embodiment will be described with reference to FIG. The anode discharge gas 19 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 and the cathode discharge gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57 are supplied to the combustor 96 to discharge the anode of the phosphoric acid fuel cell stack 9. Unreacted fuel and unreacted hydrogen in the gas 19 are combusted with unreacted 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 phosphoric acid fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 96, and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.
In the sixth embodiment shown in FIG. 6, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, when the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, water vapor is generated. The steam 98 generated by using the combustion heat of the combustor 96 in the combustor 95 is supplied to the reformer 3 by being mixed with the mixed gas 28 of the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. It is possible to suppress the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of the reformer recycling fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas from being lower than 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.

〈実施例７〉
図７は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施例（これを実施例７とする）を示す構成図である。図７において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、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、１２０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、１２１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１２０の供給量を制御する流量制御弁、１２２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を表す。
図７を用いて実施例７を説明する。本実施例は、図４に示した実施例４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１２２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。 <Example 7>
FIG. 7 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 7). 7, the same components as those in FIGS. 19, 1, 2, 3, 4, 5, and 6 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 7, 120 is a fuel electrode exhaust gas for recycling a solid oxide fuel cell stack, 121 is a flow rate control valve for controlling the supply amount of a fuel electrode exhaust gas 120 for recycling a solid oxide fuel cell stack, 122 is Represents a mixed gas of anode discharge gas and desulfurized natural gas for solid oxide fuel cell stack recycling.
Example 7 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 4 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 used. The difference is that the mixed gas 122 is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 as it is, and the fuel electrode 54 performs a steam reforming reaction of hydrocarbons contained in the natural gas 1 as fuel.

次に、本実施例の作用について、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１２０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渥合ガス１２２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１２０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１２１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１２２の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１２１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１２２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。
固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４では、燃料極触媒の働きにより燃料である天然ガス１に含まれる炭化水素（主にメタン）の水蒸気改質反応が行われ、水素と一酸化炭素が生成する。燃料極５４で生成した水素と一酸化炭素がその場で前記（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。炭化水素の水蒸気改質反応は吸熱反応であるので、固体酸化物燃料電池セルスタック５７の発熱を炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱として利用する。固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電温度は、一般的に８００〜１０００℃であり、電池反応による発熱により発電温度が維持されている。このため、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発熱を、前述したように燃料極５４での炭化水素の水蒸気改質反応の反応熱として利用することができる。
本実施例においても、燃焼器９６の燃料としてりん酸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９８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７に示した実施例７では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量がりん酸形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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１２２に混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給することによって、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１２２のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。 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. It is mixed with the gas 120 and supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 as a combined gas 122 of the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas. The supply amount of the anode discharge gas 120 for recycling the solid oxide fuel cell stack is determined by the opening degree of the flow control valve 37 (that is, the supply amount of natural gas 1 as fuel) set in advance and the flow control valve 121. By controlling the opening degree of the flow rate control valve 121 based on the relationship of the opening degree (that is, the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 122 for recycling the solid oxide fuel cell stack), the natural gas 1 as the fuel is controlled. The steam carbon ratio of the mixed gas 122 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.
In the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, a steam reforming reaction of hydrocarbons (mainly methane) contained in the natural gas 1 as a fuel is performed by the action of the fuel electrode catalyst, and hydrogen and monoxide are oxidized. Carbon is produced. Hydrogen and carbon monoxide generated at the fuel electrode 54 are consumed on the spot by the fuel electrode reaction shown in the above (Chemical Formula 3) and (Chemical Formula 4), and the solid oxide fuel cell stack 57 generates power. Is called. Since the hydrocarbon steam reforming reaction is an endothermic reaction, the heat generated in the solid oxide fuel cell stack 57 is used as the reaction heat necessary for the hydrocarbon steam reforming reaction. The power generation temperature of the solid oxide fuel cell stack 57 is generally 800 to 1000 ° C., and the power generation temperature is maintained by the heat generated by the battery reaction. Therefore, the heat generated by the solid oxide fuel cell stack 57 can be used as the reaction heat of the hydrocarbon steam reforming reaction at the fuel electrode 54 as described above.
Also in this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 96, and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.
In the seventh embodiment shown in FIG. 7, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the battery cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the phosphoric acid fuel cell stack 9, the steam generator 95 uses the combustion heat of the combustor 96. The water vapor 98 generated in this way is mixed with the mixed gas 122 of the solid oxide fuel cell stack recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas and supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. The fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas for recycling the solid oxide fuel cell stack supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 Steam carbon ratio of the mixed gas 122 can be prevented from being lowered below a predetermined value. For this reason, the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 as a fuel due to the lack of reforming steam does not occur and the power generation performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to carbon deposition does not occur, It is possible to continue the power generation of the fuel cell power generation system stably without reducing the power generation efficiency.

〈実施例８〉
図８は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施例（これを実施例８とする）を示す構成図である。図８において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、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８を説明する。本実施例は、図７に示した実施例７とは、図８に示したように、りん酸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９６に供給する代わりに、燃焼器用空気１０１を燃焼器９６に供給する点が大きく異なる。 <Example 8>
FIG. 8 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 8). In FIG. 8, the same parts as those shown in FIGS. 19, 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 8 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the seventh embodiment shown in FIG. 7 in that the air electrode exhaust gas 17 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is supplied to the combustor 96 as shown in FIG. The point which supplies the air 101 to the combustor 96 differs greatly.

次に、本実施例の作用について、図８を参照して説明する。りん酸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１０１を燃焼器９６に供給し、りん酸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１０１中の酸素と燃焼させる。燃焼器９６への燃焼用空気１０１の供給量は、あらかじめ設定された流量制御弁９９の開度（すなわち、水蒸気９８の供給量）と流量制御弁１００の開度（すなわち、燃焼用空気１０１の供給量）の関係に基づいて、水蒸気９８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９６の燃料としてりん酸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９８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に示した実施例８では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量がりん酸形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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１２２に混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給することによって、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１２２のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。 Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. The anode discharge gas 19 and the combustion air 101 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 are supplied to the combustor 96, and unreacted fuel and unreacted hydrogen in the anode discharge gas 19 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 are supplied. Is combusted with oxygen in the combustion air 101. The supply amount of the combustion air 101 to the combustor 96 includes the opening degree of the flow rate control valve 99 (that is, the supply amount of water vapor 98) and the opening degree of the flow rate control valve 100 (that is, the combustion air 101). Based on the relationship of (supply amount), a value corresponding to the supply amount of water vapor 98 is set.
Also in this embodiment, the fuel electrode exhaust gas 19 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 96, and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced. In the eighth embodiment shown in FIG. 8, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the battery cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the phosphoric acid fuel cell stack 9, the steam generator 95 uses the combustion heat of the combustor 96. The steam 98 generated in this way is mixed with the mixed gas 122 of the solid oxide fuel cell stack recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas and supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. The fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas for recycling the solid oxide fuel cell stack supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 Steam carbon ratio of the mixed gas 122 can be prevented from being lowered below a predetermined value. For this reason, the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 as a fuel due to the lack of reforming steam does not occur and the power generation performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to carbon deposition does not occur, It is possible to continue the power generation of the fuel cell power generation system stably without reducing the power generation efficiency.

〈実施例９〉
図９は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施例（これを実施例９とする）を示す構成図である。図９において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、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を用いて実施例９を説明する。本実施例は、図７に示した実施例７とは、図９に示したように、りん酸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９６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９６に供給する点が大きく異なる。 <Example 9>
FIG. 9 is a block diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 9). 9, the same parts as those shown in FIGS. 19, 1, 2, 3, 4, 4, 5, 6, 7 and 8 described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Is omitted.
Example 9 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 7 shown in FIG. 7 in that instead of supplying the air electrode exhaust gas 17 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 to the combustor 96 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 96.

次に、本実施例の作用について、図９を参照して説明する。りん酸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９６に供給し、りん酸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中の未反応酸素と燃焼させる。
本実施例においても、燃焼器９６の燃料としてりん酸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９８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９に示した実施例９では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力２２の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量がりん酸形燃料電池セルスタック９での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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１２２に混ぜて固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給することによって、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の燃料極５４に供給する固体酸化物形燃料電池セルスタックリサイクル用燃料極排出ガスと脱硫天然ガスの混合ガス１２２のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。 Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. The anode discharge gas 19 of the phosphoric acid fuel cell stack 9 and the cathode discharge gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57 are supplied to the combustor 96 to discharge the anode of the phosphoric acid fuel cell stack 9. Unreacted fuel and unreacted hydrogen in the gas 19 are combusted with unreacted 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 phosphoric acid fuel cell stack 9 is used as the fuel of the combustor 96, and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is not reduced.
In the ninth embodiment shown in FIG. 9, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 22 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the battery cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the phosphoric acid fuel cell stack 9, the steam generator 95 uses the combustion heat of the combustor 96. The steam 98 generated in this way is mixed with the mixed gas 122 of the solid oxide fuel cell stack recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas and supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57. The fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas for recycling the solid oxide fuel cell stack supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 Steam carbon ratio of the mixed gas 122 can be prevented from being lowered below a predetermined value. For this reason, the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 as a fuel due to the lack of reforming steam does not occur and the power generation performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to carbon deposition does not occur, It is possible to continue the power generation of the fuel cell power generation system stably without reducing the power generation efficiency.

〈実施例１０〉
図１０は、本発明による燃料電池発電システムのさらに他の一実施例（これを実施例１０とする）を示す構成図である。図１０において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、および図９と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。
図１０において１３０は水素分離器用改質ガス、１３１は水素分離器、１３２は水素分離器排出ガス、１３６は水素、１３７は燃料極、１３８は固体高分子電解質、１３９は空気極、１４０は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１４０は、燃料極１３７、固体高分子電解質１３８、および空気極１３９を構成要素とする。１４１は固体高分子形燃料電池セルスタック用空気１４２の供給量を制御する流量制御弁、１４２は固体高分子形燃料電池セルスタック用空気、１４３は空気極排出ガス、１４４は燃料極水素排出ガス、１４５はパージ弁、１４６はパージガス、１４７は出力調整器、１４８は負荷、１４９は燃料電池直流出力、１５０は送電端交流出力、１５１は電池反応による生成水を表す。
図１０を用いて実施例１０を説明する。本実施例は、図１に示した実施例１とは、図１０に示したように、りん酸形燃料電池セルスタック９の代わりに水素分離器１３１と固体高分子形燃料電池セルスタック１４０を設けた点が大きく異なる。 <Example 10>
FIG. 10 is a configuration diagram showing still another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (referred to as embodiment 10). 10, the same parts as those shown in FIGS. 19, 1, 2, 3, 4, 4, 5, 6, 7, 8, and 9 described above are denoted by the same reference numerals. Will not be described.
In FIG. 10, 130 is a reforming gas for a hydrogen separator, 131 is a hydrogen separator, 132 is a hydrogen separator exhaust gas, 136 is hydrogen, 137 is a fuel electrode, 138 is a solid polymer electrolyte, 139 is an air electrode, and 140 is a solid. This is a polymer fuel cell stack. The solid polymer fuel cell stack 140 includes a fuel electrode 137, a solid polymer electrolyte 138, and an air electrode 139 as constituent elements. 141 is a flow rate control valve for controlling the supply amount of air for polymer electrolyte fuel cell stack 142, 142 is air for polymer electrolyte fuel cell stack, 143 is air electrode exhaust gas, 144 is fuel electrode hydrogen exhaust gas 145 is a purge valve, 146 is a purge gas, 147 is an output regulator, 148 is a load, 149 is a fuel cell DC output, 150 is a power transmission end AC output, and 151 is water generated by a cell reaction.
Example 10 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 1 shown in FIG. 1 in that a hydrogen separator 131 and a polymer electrolyte fuel cell stack 140 are used instead of the phosphoric acid fuel cell stack 9 as shown in FIG. The provided points differ greatly.

次に、本実施例の作用について、図１０を参照して説明する。水素分離器用改質ガス１３０は、パラジウム膜やマイクロポーラスなセラミック膜等の水素分離手段を有する水素分離器１３１に供給され、水素１３６が分離される。その際、効率的な水素分離を行うために、必要に応じて水素分離器用改質ガス１３０の加圧を行う。水素１３６は、固体高分子形燃料電池セルスタック１４０の燃料極１３７に供給する。
固体高分子形燃料電池セルスタック１４０の燃料極１３７では、白金系電極触媒の働きで、水素１３６の８０％が、下記（化１１）式に示す燃料極反応により水素イオンと電子に変わる。 Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. The reformed gas 130 for the hydrogen separator is supplied to a hydrogen separator 131 having hydrogen separation means such as a palladium membrane or a microporous ceramic membrane, and the hydrogen 136 is separated. At that time, in order to perform efficient hydrogen separation, the reforming gas 130 for the hydrogen separator is pressurized as necessary. Hydrogen 136 is supplied to the fuel electrode 137 of the polymer electrolyte fuel cell stack 140.
In the fuel electrode 137 of the polymer electrolyte fuel cell stack 140, 80% of the hydrogen 136 is converted into hydrogen ions and electrons by the fuel electrode reaction shown in the following formula (11) by the action of the platinum-based electrode catalyst.

（燃料極反応）
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−………（化１１）
燃料極１３７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１３８の内部に移動し、空気極１３９に到達する。一方、燃料極１３７で生成した電子は、外部回路を移動し、空気極１３９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１４９として取り出すことができる。
固体高分子形燃料電池セルスタック１４０の空気極１３９では、白金系電極触媒の働きで、燃料極１３７から固体高分子電解質１３８の内部を空気極１３９に移動してきた水素イオン、燃料極１３７から外部回路を空気極１３９に移動してきた電子、および空気極１３９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１４２中の酸素が、下記（化１２）式に示す空気極反応により反応し、水が性成する。 (Fuel electrode reaction)
H 2 → 2H + + 2e − (Chemical Formula 11)
Hydrogen ions generated at the fuel electrode 137 move to the inside of the solid polymer electrolyte 138 composed of a fluorine-based polymer having a sulfonic acid group such as Nafion and reach the air electrode 139. On the other hand, the electrons generated at the fuel electrode 137 move through the external circuit and reach the air electrode 139. In the process that the electrons move through the external circuit, electric energy can be taken out as the fuel cell DC output 149.
In the air electrode 139 of the polymer electrolyte fuel cell stack 140, hydrogen ions that have moved from the fuel electrode 137 to the air electrode 139 to the air electrode 139 due to the action of the platinum-based electrode catalyst, and from the fuel electrode 137 to the outside Electrons that have moved through the circuit to the air electrode 139 and oxygen in the air 142 for the polymer electrolyte fuel cell stack supplied to the air electrode 139 react by an air electrode reaction represented by the following (formula 12): Water develops.

（空気極反応）
２Ｈ＋＋(1/2)Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ………（化１２）
固体高分子形燃料電池セルスタック用空気１４２の供給量は、あらかじめ設定した燃料電池直流出力１４９の電池電流と流量制御弁１４１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１４２の供給量）の関係に基づいて、流量制御弁１４１の開度を制御することによって、燃料電池直流出力１４９の電池電流に見合った値に設定する。
（化１１）式と（化１２）式をまとめると、固体高分子形燃料電池セルスタック１４０の電池反応は、下記（化１３）式に示す水素と酸素から水ができる水の電気分解の逆反応として表すことができる。 (Air electrode reaction)
2H + + (1/2) O 2 + 2e − → H 2 O (Chemical Formula 12)
The supply amount of the air 142 for the polymer electrolyte fuel cell stack is determined by the battery current of the fuel cell DC output 149 and the opening of the flow control valve 141 (that is, the air 142 for the polymer electrolyte fuel cell stack 142). Based on the relationship of the supply amount), the opening degree of the flow control valve 141 is controlled to set a value corresponding to the battery current of the fuel cell DC output 149.
When the chemical formula (11) and the chemical formula (12) are summarized, the battery reaction of the polymer electrolyte fuel cell stack 140 is the reverse of the electrolysis of water that can be generated from hydrogen and oxygen as shown in the following (chemical formula 13). It can be expressed as a reaction.

（電池反応）
Ｈ２＋(1/2)Ｏ２→Ｈ２Ｏ………（化１３）
固体高分子形燃料電池セルスタック１４０の発電によって得られた燃料電池直流出力１４９は、負荷１４８に合わせて出力調整器１４７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１５０として負荷１４８に供給する。なお、図１０では、出力調整器１４７で直流から交流への変換を行っているが、出力調整器１４７で電圧変換のみ行い、送電端直流出力を負荷１４８に供給してもよい。
水素からなる燃料極水素排出ガス１４４は、固体高分子形燃料電池セルスタック１４０の発電効率を向上させるために、すべて燃料極１３７にリサイクルして発電に利用する。しかし、燃料極水素排出ガス１４４中には、水素以外の不純物が若干含まれるので、パージ弁１４５を間欠的に開け、パージガス１４６を放出する。水素分離器排出ガス１３２は、燃焼器９６に供給する。固体高分子形燃料電池セルスタック１４０の空気極１３９から排出する電池反応による生成水１５１を水タンク９２に貯蔵する。水素分離器排出ガス１３２と固体高分子形燃料電池セルスタック１４０の空気極排出ガス１３９を燃焼器９６に供給し、水素分離器排出ガス１３２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１４０の空気極排出ガス１３９中の未反応酸索と燃焼させ、燃焼器排出ガス９７を排出する。燃焼器９６の燃焼熱を利用して水タンク９２から水蒸気発生器９５に供給した水９４を気化させることによって水蒸気９８を生成させる。
本実施例においても、燃焼器９６の燃料として水素分離器排出ガス１３２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９８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１０に示した実施例１０では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力１４９の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック１４０での電池反応による水蒸気生成量よりも少ない場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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。 (Battery reaction)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (Chemical Formula 13)
The fuel cell DC output 149 obtained by the power generation of the polymer electrolyte fuel cell stack 140 is subjected to voltage conversion and DC to AC conversion by the output regulator 147 according to the load 148, and then the AC output at the power transmission end. 150 is supplied to the load 148. In FIG. 10, the output regulator 147 performs conversion from direct current to alternating current, but the output regulator 147 may perform only voltage conversion and supply the power transmission end DC output to the load 148.
The fuel electrode hydrogen exhaust gas 144 made of hydrogen is recycled to the fuel electrode 137 and used for power generation in order to improve the power generation efficiency of the polymer electrolyte fuel cell stack 140. However, since the fuel electrode hydrogen exhaust gas 144 contains some impurities other than hydrogen, the purge valve 145 is opened intermittently and the purge gas 146 is released. The hydrogen separator exhaust gas 132 is supplied to the combustor 96. The water 151 generated by the battery reaction discharged from the air electrode 139 of the polymer electrolyte fuel cell stack 140 is stored in the water tank 92. The hydrogen separator exhaust gas 132 and the air electrode exhaust gas 139 of the solid polymer fuel cell stack 140 are supplied to the combustor 96, and the unreacted fuel and unreacted hydrogen in the hydrogen separator exhaust gas 132 are supplied to the solid polymer. The unreacted acid cord in the air electrode exhaust gas 139 of the fuel cell stack 140 is burned, and the combustor exhaust gas 97 is discharged. Steam 98 is generated by vaporizing water 94 supplied from the water tank 92 to the steam generator 95 using the combustion heat of the combustor 96.
Also in this embodiment, since the hydrogen separator exhaust gas 132 is used as the fuel of the combustor 96 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside, the fuel cell power generation is performed to supply the steam 98. It does not reduce the power generation efficiency of the system.
In the tenth embodiment shown in FIG. 10, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 149 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the battery cell stack 57 is smaller than the amount of water vapor generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 140, the steam generator 95 uses the combustion heat of the combustor 96. The reformed fuel electrode exhaust gas supplied to the reformer 3 is supplied by mixing the steam 98 generated in this manner with the mixed gas 28 of the reformer recycled fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. It can suppress that the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of desulfurized 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.

〈実施例１１〉
図１１は、本発明による燃料電池発電システムの他の一実施例（これを実施例１１とする）を示す構成図である。図１１において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９および図１０と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。
図１１を用いて実施例１１を説明する。本実施例は、図１０に示した実施例１０とは、図１１に示したように、固体高分子形燃料電池セルスタック１４０の空気極排出ガス１４３を燃焼器９６に供給する代わりに、燃焼器用空気１０１を燃焼器９６に供給する点が大きく異なる。 <Example 11>
FIG. 11 is a block diagram showing another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 11). In FIG. 11, the same parts as those shown in FIGS. 19, 1, 2, 3, 4, 4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10 are denoted by the same reference numerals. The description of those is omitted.
Example 11 will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the embodiment 10 shown in FIG. 10 in that instead of supplying the cathode exhaust gas 143 of the polymer electrolyte fuel cell stack 140 to the combustor 96 as shown in FIG. The point which supplies the air 101 for combustors to the combustor 96 differs greatly.

次に、本実施例の作用について、図１１を参照して説明する。水素分離器排出ガス１３２と燃焼用空気１０１を燃焼器９６に供給し、水素分離器乾燥排出ガス１３４の未反応燃料および未反応水素を燃焼用空気１０１中の酸素と燃焼させる。燃焼器９６への燃焼用空気１０１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１００の開度（すなわち、燃焼用空気１０１の供給量）の関係に基づいて、水素分離器排出ガス１３２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９６の燃料として水素分離器排出ガス１３２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９８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１１に示した本実施例では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力１４９の電池電流カミ燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック１４０での電池反応による水生成量よりも少ない場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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 the present embodiment will be described with reference to FIG. The hydrogen separator exhaust gas 132 and the combustion air 101 are supplied to the combustor 96, and unreacted fuel and unreacted hydrogen in the hydrogen separator dry exhaust gas 134 are combusted with oxygen in the combustion air 101. The supply amount of the combustion air 101 to the combustor 96 is determined based on the preset opening degree of the flow control valve 74 (that is, the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 27 to the CO shift converter 4) and the flow control valve 100. Is set to a value commensurate with the supply amount of the hydrogen separator exhaust gas 132 based on the relationship of the opening degree (that is, the supply amount of the combustion air 101).
Also in this embodiment, since the hydrogen separator exhaust gas 132 is used as the fuel of the combustor 96 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside, the fuel cell power generation is performed to supply the steam 98. It does not reduce the power generation efficiency of the system.
In the present embodiment shown in FIG. 11, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 149 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the battery cell stack 57 is less than the amount of water generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 140, the steam generator 95 uses the combustion heat of the combustor 96. The reformer recycle fuel electrode exhaust gas supplied to the reformer 3 by supplying the steam 98 generated in this manner to the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas mixed gas 28 and supplying It can suppress that the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of desulfurized 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.

〈実施例１２〉
図１２は、本発明による燃料電池発電システムの他の一実施例（これを実施例１２とする）を示す構成図である。図１２において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、および図１１と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。
図１２を用いて実施例１２を説明する。本実施例は、図１０に示した実施例１０とは、図１２に示したように、固体高分子形燃料電池セルスタック１４０の空気極排出ガス１４３を燃焼器９６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９６に供給する点が大きく異なる。 <Example 12>
FIG. 12 is a block diagram showing another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 12). 12, the same components as those in FIGS. 19, 1, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, and 11 described above are denoted by the same reference numerals. The description of these items is omitted.
Example 12 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 10 shown in FIG. 10 in that instead of supplying the air electrode exhaust gas 143 of the polymer electrolyte fuel cell stack 140 to the combustor 96 as shown in FIG. The difference is that the air electrode exhaust gas 63 of the oxide fuel cell stack 57 is supplied to the combustor 96.

次に、本実施例の作用について、図１２を参照して説明する。水素分離器排出ガス１３２と燃焼用空気１０１を燃焼器９６に供給し、水素分離器排出ガス１３２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中の未反応酸素と燃焼させる。
本実施例においても、燃焼器９６の燃料として水素分離器排出ガス１３２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９８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１２に示した本実施例では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力１４９の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック１４０での電池反応による水生成量よりも少ない場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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 the present embodiment will be described with reference to FIG. The hydrogen separator exhaust gas 132 and the combustion air 101 are supplied to the combustor 96, and the unreacted fuel and unreacted hydrogen in the hydrogen separator exhaust gas 132 are removed from the air electrode exhaust gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57. Burn with unreacted oxygen inside.
Also in this embodiment, since the hydrogen separator exhaust gas 132 is used as the fuel of the combustor 96 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside, the fuel cell power generation is performed to supply the steam 98. It does not reduce the power generation efficiency of the system.
In the present embodiment shown in FIG. 12, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 149 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the battery cell stack 57 is smaller than the amount of water generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 140, the steam generator 95 uses the combustion heat of the combustor 96. The reformer recycle fuel electrode exhaust gas supplied to the reformer 3 by supplying the steam 98 generated in this manner to the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas mixed gas 28 and supplying It can suppress that the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of desulfurized 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.

〈実施例１３〉
図１３は、本発明による燃料電池発電システムの他の一実施例（これを実施例１３とする）を示す構成図である。図１３において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、および図１２と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図１３において、１６０は水素分離器用燃料極排出ガスを表す。
図１３を用いて実施例１３を説明する。本実施例は、図１０に示した実施例１０とは、図１３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１１３をＣＯシフトコンバータ４に供給する点が大きく異なる。 <Example 13>
FIG. 13 is a configuration diagram showing another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 13). In FIG. 13, the same thing as FIG.19, FIG.1, FIG.2, FIG.3, FIG.4, FIG.5, FIG.6, FIG.7, FIG.8, FIG.9, FIG. The same reference numerals are used, and the description of these components is omitted. In FIG. 13, 160 represents the fuel electrode exhaust gas for the hydrogen separator.
Example 13 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 10 shown in FIG. 10 in that the CO shift converter fuel electrode exhaust gas 113 is supplied to the CO shift converter 4 instead of the hydrogen-rich reformed gas 27 as shown in FIG. The point is very different.

次に、本実施例の作用について、図１３を参照して説明する。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１１４の一部は、脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス１１１として脱硫器２に供給し、残りは、水素分離器用燃料極排出ガス１６０として水素分離器１３１に供給する。
本実施例においても、燃焼器９６の燃料として水素分離器排出ガス１３２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９８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１３に示した本実施例では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力１４９の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック１４０での電池反応による水生成量よりも少ない場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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 the present embodiment will be described with reference to FIG. A portion of the fuel electrode exhaust gas 114 produced by the CO shift converter 4 with the carbon monoxide concentration reduced to 1% or less is supplied to the desulfurizer 2 as the fuel electrode exhaust gas 111 for recycling the desulfurizer, and the rest is The hydrogen separator fuel electrode exhaust gas 160 is supplied to the hydrogen separator 131.
Also in this embodiment, since the hydrogen separator exhaust gas 132 is used as the fuel of the combustor 96 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside, the fuel cell power generation is performed to supply the steam 98. It does not reduce the power generation efficiency of the system.
In the present embodiment shown in FIG. 13, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 149 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the battery cell stack 57 is less than the amount of water generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 140, the steam generator 95 uses the combustion heat of the combustor 96. The reformed fuel electrode exhaust gas supplied to the reformer 3 is supplied by mixing the steam 98 generated in this manner with the mixed gas 28 of the reformer recycled fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. It can suppress that the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of desulfurized 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.

〈実施例１４〉
図１４は、本発明による燃料電池発電システムの他の一実施例（これを実施例１４とする）を示す構成図である。図１４において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、および図１３と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。
図１４を用いて実施例１４を説明する。本実施例は、図１３に示した実施例１３とは、図１４に示したように固体高分子形燃料電池セルスタック１４０の空気極排出ガス１４３を燃焼器９６に供給する代わりに、燃焼器用空気１０１を燃焼器９６に供給する点が大きく異なる。 <Example 14>
FIG. 14 is a block diagram showing another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 14). 14, the same as FIG. 19, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. Are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
Example 14 will be described with reference to FIG. This embodiment differs from the thirteenth embodiment shown in FIG. 13 in place of supplying the cathode exhaust gas 143 of the polymer electrolyte fuel cell stack 140 to the combustor 96 as shown in FIG. The difference is that the air 101 is supplied to the combustor 96.

次に、本実施例の作用について、図１４を参照して説明する。水素分離器排出ガス１３２と燃焼用空気１０１を燃焼器９６に供給し、水素分離器排出ガス１３２中の未反応燃料および未反応水素を燃焼用空気１０１中の酸素と燃焼させる。
本実施例においても、燃焼器９６の燃料として水素分離器排出ガス１３２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９８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１４に示した実施例１４では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力１４９の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック１４０での電池反応による水生成量よりも少ない場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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. The hydrogen separator exhaust gas 132 and the combustion air 101 are supplied to the combustor 96, and unreacted fuel and unreacted hydrogen in the hydrogen separator exhaust gas 132 are combusted with oxygen in the combustion air 101.
Also in this embodiment, since the hydrogen separator exhaust gas 132 is used as the fuel of the combustor 96 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside, the fuel cell power generation is performed to supply the steam 98. It does not reduce the power generation efficiency of the system.
In the fourteenth embodiment shown in FIG. 14, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 149 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the battery cell stack 57 is smaller than the amount of water generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 140, the steam generator 95 uses the combustion heat of the combustor 96. The reformed fuel electrode exhaust gas supplied to the reformer 3 is supplied by mixing the steam 98 generated in this manner with the mixed gas 28 of the reformer recycled fuel electrode exhaust gas and the desulfurized natural gas. It can suppress that the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of desulfurized 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.

〈実施例１５〉
図１５は、本発明による燃料電池発電システムの他の一実施例（これを実施例１５とする）を示す構成図である。図１５において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、および図１４と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。
図１５を用いて実施例１５を説明する。本実施例は、図１３に示した実施例１３とは、図１５に示したように固体高分子形燃料電池セルスタック１４０の空気極排出ガス１４３を燃焼器９６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９６に供給する点が大きく異なる。 <Example 15>
FIG. 15 is a block diagram showing another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 15). 15, FIG. 19, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. The same parts as those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
Example 15 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 13 shown in FIG. 13 in that instead of supplying the cathode exhaust gas 143 of the polymer electrolyte fuel cell stack 140 to the combustor 96 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 96.

次に、本実施例の作用について、図１５を参照して説明する。水素分離器排出ガス１３２と燃焼用空気１０１を燃焼器９６に供給し、水素分離器排出ガス１３２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中の未反応酸素と燃焼させる。
本実施例においても、燃焼器９６の燃料として水素分離器排出ガス１３２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９８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１５に示した本実施例１５では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力１４９の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック１４０での電池反応による水生成量よりも少ない場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を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 the present embodiment will be described with reference to FIG. The hydrogen separator exhaust gas 132 and the combustion air 101 are supplied to the combustor 96, and the unreacted fuel and unreacted hydrogen in the hydrogen separator exhaust gas 132 are removed from the air electrode exhaust gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57. Burn with unreacted oxygen inside.
Also in this embodiment, since the hydrogen separator exhaust gas 132 is used as the fuel of the combustor 96 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside, the fuel cell power generation is performed to supply the steam 98. It does not reduce the power generation efficiency of the system.
In the fifteenth embodiment shown in FIG. 15, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 149 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide type When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the fuel cell stack 57 is smaller than the amount of water generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 140, the steam generator 95 generates the combustion heat of the combustor 96. Steam 98 generated by utilizing the mixture is supplied to the reformer recycle fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas mixed gas 28 and then supplied to the reformer 3. It can be suppressed that the steam carbon ratio of the mixed gas 28 of desulfurized natural gas and the desulfurized natural gas is lower than 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.

〈実施例１６〉
図１６は、本発明による燃料電池発電システムの他の一実施例（これを実施例１６とする）を示す構成図である。図１６において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、および図１５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１６を用いて実施例１６を説明する。本実施例は、図１３に示した実施例１３とは、図１６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１２２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。 <Example 16>
FIG. 16 is a block diagram showing another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 16). 16, FIG. 19, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. The same components as those in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
Example 16 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 13 shown in FIG. 13 in that the reformer 3 is unnecessary as shown in FIG. 16, and the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas are not used. The difference is that the mixed gas 122 is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 as it is, and the fuel electrode 54 performs a steam reforming reaction of hydrocarbons contained in the natural gas 1 as fuel.

次に、本実施例の作用について、図１６を参照して説明する。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１２０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１２２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５７の燃料極５４では、燃料極触媒の働きにより燃料である天然ガス１に含まれる炭化水素（主にメタン）の水蒸気改質反応が行われ、水素と一酸化炭素が生成する。
本実施例においても、燃焼器９６の燃料として水素分離器排出ガス１３２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９８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１６に示した本実施例では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力１４９の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック１４０での電池反応による水生成量よりも少ない場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を固体酸化物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１２２に混ぜて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１２２のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。 Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. The desulfurized natural gas 29 desulfurized by the desulfurizer 2 is mixed with the fuel electrode exhaust gas 120 for recycling the solid oxide fuel cell stack containing water vapor generated by the power generation of the solid oxide fuel cell stack 57. Then, it is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 as a mixed gas 122 of the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas. In the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57, a steam reforming reaction of hydrocarbons (mainly methane) contained in the natural gas 1 as a fuel is performed by the action of the fuel electrode catalyst, and hydrogen and monoxide are oxidized. Carbon is produced.
Also in this embodiment, since the hydrogen separator exhaust gas 132 is used as the fuel of the combustor 96 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside, the fuel cell power generation is performed to supply the steam 98. It does not reduce the power generation efficiency of the system.
In the present embodiment shown in FIG. 16, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 149 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the battery cell stack 57 is smaller than the amount of water generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 140, the steam generator 95 uses the combustion heat of the combustor 96. The water vapor 98 generated in this manner is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 by mixing and supplying the mixed gas 122 of the solid oxide cell stack recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. The steam carbon ratio of the mixed gas 122 of the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas is lower than a predetermined value. It can be suppressed to. For this reason, the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 as a fuel due to the lack of reforming steam does not occur and the power generation performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to carbon deposition does not occur, It is possible to continue the power generation of the fuel cell power generation system stably without reducing the power generation efficiency.

〈実施例１７〉
図１７は、本発明による燃料電池発電システムの他の一実施例（これを実施例１７とする）を示す構成図である。図１７において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、および図１６と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。
図１７を用いて実施例１７を説明する。本実施例は、図１６に示した実施例１６とは、図１７に示したように固体高分子形燃料電池セルスタック１４０の空気極排出ガス１４３を燃焼器９６に供給する代わりに、燃焼器用空気１０１を燃焼器９６に供給する点が大きく異なる。 <Example 17>
FIG. 17 is a configuration diagram showing another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 17). 17, FIG. 19, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. The same components as those in FIGS. 15 and 16 are denoted by the same reference numerals, and the description of these components is omitted.
Example 17 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 16 shown in FIG. 16 in that a combustor 96 is used instead of supplying the cathode exhaust gas 143 of the polymer electrolyte fuel cell stack 140 to the combustor 96 as shown in FIG. The point which supplies the air 101 to the combustor 96 differs greatly.

次に、本実施例の作用について、図１７を参照して説明する。水素分離器排出ガス１３２と燃焼用空気１０１を燃焼器９６に供給し、水素分離器排出ガス１３２中の未反応燃料および未反応水素を燃焼用空気１０１中の酸素と燃焼させる。
本実施例においても、燃焼器９６の燃料として水素分離器排出ガス１３２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９８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１７に示した本実施例では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力１４９の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック１４０での電池反応による水生成量よりも少ない場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を固体酸化物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１２２に混ぜて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１２２のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。 Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. The hydrogen separator exhaust gas 132 and the combustion air 101 are supplied to the combustor 96, and unreacted fuel and unreacted hydrogen in the hydrogen separator exhaust gas 132 are combusted with oxygen in the combustion air 101.
Also in this embodiment, since the hydrogen separator exhaust gas 132 is used as the fuel of the combustor 96 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside, the fuel cell power generation is performed to supply the steam 98. It does not reduce the power generation efficiency of the system.
In the present embodiment shown in FIG. 17, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 149 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the battery cell stack 57 is smaller than the amount of water generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 140, the steam generator 95 uses the combustion heat of the combustor 96. The steam 98 generated in this manner is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 by mixing and supplying the mixed gas 122 of the solid oxide cell stack recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. The steam carbon ratio of the mixed gas 122 of the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas is lower than a predetermined value. It can be suppressed to. For this reason, the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 as a fuel due to the lack of reforming steam does not occur and the power generation performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to carbon deposition does not occur, It is possible to continue the power generation of the fuel cell power generation system stably without reducing the power generation efficiency.

〈実施例１８〉
図１８は、本発明による燃料電池発電システムの他の一実施例（これを実施例１８とする）を示す構成図である。図１８において、前述した図１９、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６、および図１７と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。
図１８を用いて実施例１８を説明する。本実施例は、図１６に示した実施例１６とは、図１８に示したように固体高分子形燃料電池セルスタック１４０の空気極排出ガス１４３を燃焼器９６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９６に供給する点が大きく異なる。 <Example 18>
FIG. 18 is a block diagram showing another embodiment of the fuel cell power generation system according to the present invention (this embodiment is referred to as embodiment 18). 18, FIG. 19, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 15, 16, and 17 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
Example 18 will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the embodiment 16 shown in FIG. 16 in that instead of supplying the cathode exhaust gas 143 of the polymer electrolyte fuel cell stack 140 to the combustor 96 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 96.

次に、本実施例の作用について、図１６を参照して説明する。水素分離器排出ガス１３２と燃焼用空気１０１を燃焼器９６に供給し、水素分離器排出ガス１３２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中の未反応酸素と燃焼させる。
本実施例においても、燃焼器９６の燃料として水素分離器排出ガス１３２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９８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１８に示した本実施例では、図１９に示した従来の燃料電池発電システムとは異なり、燃料電池直流出力１４９の電池電流が燃料電池直流出力８８の電池電流より多く、固体酸化物形燃料電池セルスタック５７での電池反応による水蒸気生成量が固体高分子形燃料電池セルスタック１４０での電池反応による水生成量よりも少ない場合には、水蒸気発生器９５で燃焼器９６の燃焼熱を利用して生成させた水蒸気９８を固体酸化物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１２２に混ぜて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１２２のスチームカーボン比が所定の値より低下することを抑制することができる。このため、改質用水蒸気の不足による燃料である天然ガス１中の炭化水素の水蒸気改質反応の阻害やカーボン析出に起因する固体酸化物形燃料電池セルスタック５７の発電性能低下が起こらず、燃料電池発電システムの発電を発電効率を低下させることなく安定に継続することが可能である。 Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. The hydrogen separator exhaust gas 132 and the combustion air 101 are supplied to the combustor 96, and the unreacted fuel and unreacted hydrogen in the hydrogen separator exhaust gas 132 are removed from the air electrode exhaust gas 63 of the solid oxide fuel cell stack 57. Burn with unreacted oxygen inside.
Also in this embodiment, since the hydrogen separator exhaust gas 132 is used as the fuel of the combustor 96 and the natural gas 1 as the fuel is not newly supplied from the outside, the fuel cell power generation is performed to supply the steam 98. It does not reduce the power generation efficiency of the system.
In the present embodiment shown in FIG. 18, unlike the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 19, the battery current of the fuel cell DC output 149 is larger than the battery current of the fuel cell DC output 88, and the solid oxide fuel When the amount of water vapor generated by the battery reaction in the battery cell stack 57 is less than the amount of water generated by the battery reaction in the polymer electrolyte fuel cell stack 140, the steam generator 95 uses the combustion heat of the combustor 96. The water vapor 98 generated in this manner is supplied to the fuel electrode 54 of the solid oxide fuel cell stack 57 by mixing and supplying the mixed gas 122 of the solid oxide cell stack recycling fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas. The steam carbon ratio of the mixed gas 122 of the fuel electrode exhaust gas for recycling the solid oxide fuel cell stack and the desulfurized natural gas is lower than a predetermined value. It can be suppressed to. For this reason, the steam reforming reaction of hydrocarbons in the natural gas 1 as a fuel due to the lack of reforming steam does not occur and the power generation performance of the solid oxide fuel cell stack 57 due to carbon deposition does not occur, It is possible to continue the power generation of the fuel cell power generation system stably without reducing the power generation efficiency.

本発明の実施例１で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 1 of this invention. 本発明の実施例２で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 2 of this invention. 本発明の実施例３で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 3 of this invention. 本発明の実施例４で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 4 of this invention. 本発明の実施例５で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 5 of this invention. 本発明の実施例６で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 6 of this invention. 本発明の実施例７で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 7 of this invention. 本発明の実施例８で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 8 of this invention. 本発明の実施例９で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 9 of this invention. 本発明の実施例１０で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 10 of this invention. 本発明の実施例１１で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 11 of this invention. 本発明の実施例１２で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 12 of this invention. 本発明の実施例１３で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 13 of this invention. 本発明の実施例１４で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 14 of this invention. 本発明の実施例１５で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 15 of this invention. 本発明の実施例１６で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 16 of this invention. 本発明の実施例１７で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 17 of this invention. 本発明の実施例１８で例示した燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system illustrated in Example 18 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：りん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス
６：燃料極 ７：りん酸電解質 ８：空気極
９：りん酸形燃料電池セルスタック １０：流量制御弁
１３：空気供給用ブロア １７：空気極排出ガス １８：空気
１９：燃料極排出ガス ２０：出力調整器 ２１：負荷
２２：燃料電池直流出力 ２３：送電端交流出力
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：りん酸形燃料電池セルスタック用空気
３７：流量制御弁 ５０：脱硫器リサイクル用改質ガス
５１：流量制御弁 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 ９０：補給水
９１：補給水ポンプ９２：水タンク
９３：水蒸気発生器用水供給ポンプ ９４：水
９５：水蒸気発生器９６：燃焼器９７：燃焼器排出ガス
９８：水蒸気９９：流量制御弁１００：流量制御弁
１０１：燃焼用空気 １１１：脱硫器リサイクル用燃料極排出ガス
１１２：流量制御弁 １１３：ＣＯシフトコンバータ用燃料極排出ガス
１１４：一酸化炭素の濃度を１％以下に低減させた燃料極排出ガス
１１５：りん酸形燃料電池セルスタック用燃料極排出ガス
１２０：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
１２１：流量制御弁
１２２：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
１３０：水素分離器用改質ガス１３１：水素分離器
１３２：水素分離器排出ガス １３６：水素
１３７：燃料極 １３８：固体高分子電解質
１３９：空気極 １４０：固体高分子形燃料電池セルスタック
１４１：流量制御弁 １４２：固体高分子形燃料電池セルスタック用空気
１４３：空気極排出ガス
１４４：燃料極水素排出ガス １４５：パージ弁
１４６：パージガス １４７：出力調整器１４８：負荷
１４９：燃料電池直流出力 １５０：送電端交流出力
１５１：電池反応による生成水
１６０：水素分離器用燃料極排出ガス 1: Natural gas 2: Desulfurizer 3: Reformer 4: CO shift converter 5: Reformed gas for phosphoric acid fuel cell stack 6: Fuel electrode 7: Phosphate electrolyte 8: Air electrode 9: Phosphoric acid fuel Battery cell stack 10: Flow control valve 13: Air supply blower 17: Air electrode exhaust gas 18: Air 19: Fuel electrode exhaust gas 20: Output regulator 21: Load 22: Fuel cell DC output 23: Transmission end AC output 26 : Reformed gas 27 with carbon monoxide concentration reduced to 1% or less 27: reformed gas rich in hydrogen 28: mixed gas of fuel electrode exhaust gas and desulfurized natural gas for reformer recycling 29: desulfurized natural gas 32: phosphorus Acid fuel cell stack air 37: Flow control valve 50: Desulfurizer recycle gas 51: Flow control valve 54: Fuel electrode 55: Solid oxide electrolyte 56: Air electrode 57: Solid oxide fuel cell Tack 58: Solid oxide fuel cell stack air 59: Flow control valve 60: Fuel electrode exhaust gas for reformer recycling 61: Fuel electrode exhaust gas 62: Flow control valve 63: Air electrode exhaust gas 64: For exhaust 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 90: Makeup water 91: Makeup water pump 92: Water tank 93: Water vapor Generator water supply pump 94: Water 95: Steam generator 96: Combustor 97: Combustor exhaust gas 98: Steam 99: Flow control valve 100: Flow control valve 101: Combustion air 111: Fuel electrode discharge for desulfurizer recycling Gas 112: Flow control valve 113: Fuel electrode exhaust gas 114 for CO shift converter 114: Fuel electrode exhaust gas 115 in which the concentration of carbon monoxide is reduced to 1% or less: Phosphorus Fuel cell stack anode discharge gas 120: solid oxide fuel cell stack fuel anode exhaust gas 121: flow control valve 122: solid oxide fuel cell stack fuel anode exhaust gas and desulfurized natural Gas mixture 130: Hydrogen separator reformed gas 131: Hydrogen separator 132: Hydrogen separator exhaust gas 136: Hydrogen 137: Fuel electrode 138: Solid polymer electrolyte 139: Air electrode 140: Solid polymer fuel cell Stack 141: Flow control valve 142: Air for polymer electrolyte fuel cell stack 143: Air electrode exhaust gas 144: Fuel electrode hydrogen exhaust gas 145: Purge valve 146: Purge gas 147: Output regulator 148: Load 149: Fuel cell DC output 150: Transmission end AC output 151 1: Water produced by battery reaction 160: Fuel for hydrogen separator Very exhaust gas

Claims (11)

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的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した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水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
前記第二の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の燃料、水素、および一酸化炭素を酸素と燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器の燃焼熱を利用して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, supplying heat generated by the power generation to the reformer, and A first fuel cell stack for supplying the reformer with fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated therewith;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen;
A combustor that combusts fuel, hydrogen, and carbon monoxide with oxygen in the fuel electrode exhaust gas of the second fuel cell stack, and water is converted into water vapor using the combustion heat of the combustor, A fuel cell power generation system comprising at least a water vapor generator to be supplied to a reformer. 燃料の水蒸気改質反応により生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素豊富な改質ガスを作る改質器と、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的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した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んだ燃料極排出ガスを前記改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、
前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
前記第二の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の燃料、水素、および一酸化炭素を酸素と燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼熱を利用して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 a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel, and generating electricity by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas with oxygen, A first fuel cell stack that supplies heat generated with the power generation to the reformer and supplies fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation 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 second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen;
A combustor for burning fuel, hydrogen, and carbon monoxide with oxygen in an anode exhaust gas of the second fuel cell stack;
A fuel cell power generation system comprising at least a steam generator that converts combustion water 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的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記燃料極に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、
前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
前記第二の燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス中の燃料、水素、および一酸化炭素を酸素と燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼熱を利用して水を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,
The fuel electrode undergoes a steam reforming reaction of the fuel to generate hydrogen and carbon monoxide, and the hydrogen generated at the fuel electrode, or hydrogen and carbon monoxide are reacted electrochemically with oxygen. A first fuel that consumes the heat generated with the power generation as the reaction heat necessary for the steam reforming reaction and supplies the fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the fuel electrode A battery cell stack;
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 second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen;
A combustor for burning fuel, hydrogen, and carbon monoxide with oxygen in an anode exhaust gas of the second fuel cell stack;
A fuel cell power generation system comprising: a water vapor generator that converts water into water vapor using combustion heat of the combustor and supplies the water vapor to the fuel electrode of the first fuel cell stack. 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的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した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んだ燃料極排出ガスを前記改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、
前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
前記水素分離器の排出ガス中の燃料、水素、および一酸化炭素を酸素と燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼熱を利用して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, supplying heat generated by the power generation to the reformer, and A first fuel cell stack for supplying the reformer with fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated therewith;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
A hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen;
A combustor for burning the fuel, hydrogen, and carbon monoxide in the exhaust gas of the hydrogen separator with oxygen;
A fuel cell power generation system comprising at least a steam generator that converts combustion water 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、
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的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した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んだ燃料極排出ガスを前記改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、
前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
前記水素分離器の排出ガス中の燃料、水素、および一酸化炭素を酸素と燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器の燃焼熱を利用して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, supplying heat generated by the power generation to the reformer, and A first fuel cell stack for supplying the reformer with fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated therewith;
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 hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen;
A combustor that burns fuel, hydrogen, and carbon monoxide in the exhaust gas of the hydrogen separator with oxygen, and converts the water into steam using the combustion heat of the combustor and supplies it to the reformer A fuel cell power generation system comprising at least a water vapor generator. 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的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した熱を前記水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記燃料極に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の燃料電池セルスタックの前記燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するＣＯシフトコンバータと、
前記ＣＯシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
前記水素分離器の排出ガス中の燃料、水素、および一酸化炭素を酸素と燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼熱を利用して水を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,
The fuel electrode undergoes a steam reforming reaction of the fuel to generate hydrogen and carbon monoxide, and the hydrogen generated at the fuel electrode, or hydrogen and carbon monoxide are reacted electrochemically with oxygen. A first fuel that consumes the heat generated with the power generation as the reaction heat necessary for the steam reforming reaction and supplies the fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the fuel electrode A battery cell stack;
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 hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen;
A combustor for burning the fuel, hydrogen, and carbon monoxide in the exhaust gas of the hydrogen separator with oxygen;
A fuel cell power generation system comprising: a water vapor generator that converts water into water vapor using combustion heat of the combustor and supplies the water vapor to the fuel electrode of the first fuel cell stack. 請求項１ないし請求項６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 6, wherein air is supplied to the combustor. 請求項１ないし請求項７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。   The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 7, wherein an air electrode exhaust gas of the second fuel cell stack is supplied to the combustor. 請求項１ないし請求項８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。   9. 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. 請求項１ないし請求項９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りん酸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。   10. The fuel cell stack 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 phosphoric acid fuel cell stack. 11. A fuel cell power generation system. 請求項１ないし請求項９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。   10. The fuel cell stack 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. 10. A fuel cell power generation system characterized by being a stack.
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