JP2006031989A - Method and system for power generation by solid oxide fuel cell - Google Patents

Method and system for power generation by solid oxide fuel cell Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a system for power generation by a solid oxide fuel cell wherein power generation efficiency is improved by improving a fuel utilization factor of the solid oxide fuel cell. <P>SOLUTION: In the method and the system for power generation by the solid oxide fuel cell, steam or steam and carbon dioxide are removed from anode off-gas of a solid oxide fuel cell to regenerate the anode off-gas, and the regenerated off-gas is utilized as a fuel for the solid oxide fuel cell to improve the fuel utilization factor of the solid oxide fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池による発電方法及びシステムに関し、より詳しくは固体酸化物形燃料電池それ自体での燃料利用率を改善し、発電効率を向上させてなる発電方法及び発電システムに関する。   The present invention relates to a power generation method and system using a solid oxide fuel cell, and more particularly to a power generation method and system that improve the fuel utilization rate in the solid oxide fuel cell itself and improve the power generation efficiency. .

固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下適宜SOFCと略称する)は、固体電解質として酸化物イオン(O2-)導電体を用いる点に特徴を有するもので、固体電解質を挟んでアノード(燃料極)とカソード(空気極または酸素極)の両電極を配置して構成される。SOFCは、一般的には、作動温度が800〜1000℃程度と高いが、600〜800℃程度、例えば750℃程度の作動温度のものも開発されつつある。以下、カソードに空気を供給する場合を例に説明するが、酸化剤ガスとして酸素富化空気や酸素を供給する場合も同様である。 A solid oxide fuel cell (hereinafter abbreviated as SOFC as appropriate) is characterized in that an oxide ion (O 2− ) conductor is used as a solid electrolyte. (Fuel electrode) and cathode (air electrode or oxygen electrode) are both arranged. The SOFC generally has an operating temperature as high as about 800 to 1000 ° C., but an SOFC having an operating temperature of about 600 to 800 ° C., for example, about 750 ° C. is being developed. Hereinafter, the case where air is supplied to the cathode will be described as an example, but the same applies to the case where oxygen-enriched air or oxygen is supplied as the oxidant gas.

SOFCでは、その運転時に、アノード側に燃料を供給し、カソード側に空気を供給して電気化学反応を起こさせることで電力が取り出される。空気供給管から供給される空気中の酸素はカソードで酸化物イオン(O2-)となり、電解質膜を通ってアノードに至る。ここで燃料供給管から供給される燃料と反応して電子を放出し、電気と反応生成物(H2OやCO2)を生成する。 In the SOFC, during operation, electric power is taken out by supplying fuel to the anode side and supplying air to the cathode side to cause an electrochemical reaction. Oxygen in the air supplied from the air supply pipe becomes oxide ions (O 2− ) at the cathode and reaches the anode through the electrolyte membrane. Here, it reacts with the fuel supplied from the fuel supply pipe and emits electrons to generate electricity and reaction products (H 2 O and CO 2 ).

SOFCにおいては、水素と一酸化炭素が燃料となるが、メタンはアノードの構成成分である金属、例えばニッケルの触媒作用により水蒸気改質されて水素と一酸化炭素になるので、アノードへ導入する燃料としては水素燃料のほか、水素及び一酸化炭素を含む燃料、あるいは水素、一酸化炭素及びメタンを含む燃料が利用される。   In SOFC, hydrogen and carbon monoxide are used as fuel. However, methane is steam reformed by the catalytic action of a metal that is a constituent component of the anode, for example, nickel, so that hydrogen and carbon monoxide are produced. In addition to hydrogen fuel, fuel containing hydrogen and carbon monoxide, or fuel containing hydrogen, carbon monoxide and methane is used.

SOFCにおいて、原燃料(本明細書中、予備改質前の燃料を適宜原燃料という)として炭化水素を利用する場合、その予備改質により得られた水素、一酸化炭素及びメタンが電気化学反応に寄与する(なお、メタンについては、SOFCのアノードで改質されて電気化学反応に利用される)。SOFCにおいては、アノードに供給された燃料は、通常、その80〜85%程度が利用され、残りの20〜15%は未利用のままセルスタック外に排出される。その際、その未利用のままのガスはそのまま放出するのではなく、熱回収のために燃焼して燃料や空気の予熱に利用される。   In SOFC, when hydrocarbon is used as raw fuel (in this specification, the fuel before preliminary reforming is referred to as raw fuel as appropriate), hydrogen, carbon monoxide and methane obtained by the preliminary reforming are electrochemically reacted. (Note that methane is reformed at the anode of SOFC and used for electrochemical reaction). In the SOFC, about 80 to 85% of the fuel supplied to the anode is normally used, and the remaining 20 to 15% is discharged outside the cell stack without being used. At that time, the unused gas is not released as it is, but is burned for heat recovery and used for preheating fuel and air.

そのように、SOFCは通常燃料利用率80〜85%程度で運転されるが、これは、燃料利用率をこれ以上高めると、燃料枯れが起こって電池の電位が落ち、発電効率が低下するからである。このため、SOFCの課題の一つは、燃料利用率が高く設定できないということにある。SOFCに供給する燃料は、理論的には95%程度までは十分利用可能であるが、実際には、燃料の若干のリークや電極内部の拡散律速などの問題があり、高々80%程度利用できるのが現状である。   As such, the SOFC is normally operated at a fuel utilization rate of about 80 to 85%. However, if the fuel utilization rate is further increased, the fuel withering occurs, the cell potential drops, and the power generation efficiency decreases. It is. For this reason, one of the problems of SOFC is that the fuel utilization rate cannot be set high. The fuel supplied to the SOFC can theoretically be used up to about 95%, but in reality, there are problems such as slight fuel leakage and diffusion rate control inside the electrode, and it can be used at most about 80%. is the current situation.

このため、アノードオフガスとして排出される残り約20%の燃料は燃焼し、SOFCに供給する燃料や空気の予熱などによるSOFCの熱自立のため、あるいはコージェネレーションシステムなどでの熱源に利用されるのみである(特開2001−266924号公報、特開2002−56875号公報)。また、特開2004−6281号公報には、特開2002−56875号公報のように温水を利用する技術では、電力及び温水が均等に使用されることは少なく、電力だけを使用して温水を使用しない場合や温水だけを使用して電力を使用しない場合も多いとし、発電の過程で生成される排水素を温水生成に利用したり、電力生成に利用することが可能なエネルギ生成装置が提案されている。   For this reason, the remaining 20% of the fuel discharged as anode off-gas burns and is only used as a heat source for SOFC by the preheating of the fuel and air supplied to the SOFC, or as a heat source in a cogeneration system, etc. (JP 2001-266924 A, JP 2002-56875 A). Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-6281, in the technology using hot water as in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-56875, electric power and hot water are rarely used evenly. There are many cases where electricity is not used or electricity is used only with hot water, and energy generation devices that can use waste hydrogen generated in the process of power generation for hot water generation or power generation are proposed Has been.

特開2001−266924号公報JP 2001-266924 A 特開2002−56875号公報JP 2002-56875 A 特開2004−6281号公報JP 2004-6281 A

図1は、SOFCスタックからのアノードオフガスを燃料及び空気の予熱に加え、コージェネレーションシステムなどにおける給湯システムに利用する従来のSOFCシステムを示している。図1のとおり、都市ガス等の原燃料は、昇圧機、脱硫器を経て予備改質器に供給される。ここで、SOFCにおいては、水素及び一酸化炭素のほか、メタンも燃料になるが、SOFCに供給する燃料にメタン以外のエタン、エチレン、プロパン、ブタン等の炭素数C2以上の炭化水素が含まれていると、SOFCスタックへの配管やアノードに炭素を生成し、これが電気化学反応を阻害して電池性能を劣化させてしまう。このため、予備改質器では、原燃料を予備改質して水素、一酸化炭素及びメタンを含む予備改質ガスに変えられる。 FIG. 1 shows a conventional SOFC system in which anode off-gas from an SOFC stack is added to fuel and air preheating and used in a hot water supply system in a cogeneration system or the like. As shown in FIG. 1, raw fuel such as city gas is supplied to a pre-reformer through a booster and a desulfurizer. Here, in the SOFC, in addition of the hydrogen and carbon monoxide, methane is also made to the fuel, ethane other than methane in the fuel supplied to the SOFC, include ethylene, propane, carbon number C 2 or more hydrocarbons such as butane If so, carbon is produced in the pipes and anodes to the SOFC stack, which inhibits electrochemical reactions and degrades battery performance. For this reason, in the pre-reformer, the raw fuel is pre-reformed and converted into a pre-reformed gas containing hydrogen, carbon monoxide and methane.

予備改質ガスは、熱交換器2で予熱された後、SOFCスタックのアノードに供給され、カソードからの酸素との電気化学反応により発電する。その際、予備改質ガス中のメタンは内部改質により水素及び一酸化炭素に改質される。一方、空気は、ブロワを経て、熱交換器1で予熱された後、SOFCスタックのカソードに供給される。なお、SOFCスタックで得られた電力は必要に応じてインバータで交流電流に変えられる。   The pre-reformed gas is preheated by the heat exchanger 2 and then supplied to the anode of the SOFC stack to generate power by an electrochemical reaction with oxygen from the cathode. At that time, methane in the pre-reformed gas is reformed to hydrogen and carbon monoxide by internal reforming. On the other hand, the air is preheated by the heat exchanger 1 through the blower and then supplied to the cathode of the SOFC stack. In addition, the electric power obtained by the SOFC stack is converted into an alternating current by an inverter as necessary.

SOFCスタックからのアノードオフガスは燃焼器(図1中オフガス燃焼器)でカソードオフガスと混合し、燃焼する。燃焼ガスは、順次、熱交換器1、熱交換器2に通され、それぞれ空気、予備改質ガスの予熱に利用された後、さらに熱交換器3に通される。ここで給湯システムでの水の加熱に利用された後、排気として放出される。   The anode offgas from the SOFC stack is mixed with the cathode offgas in a combustor (offgas combustor in FIG. 1) and burned. The combustion gas is sequentially passed through the heat exchanger 1 and the heat exchanger 2 and used for preheating air and the pre-reformed gas, respectively, and then further passed through the heat exchanger 3. Here, after being used for heating water in the hot water supply system, it is discharged as exhaust gas.

しかし、熱交換器1、熱交換器2での空気、予備改質ガスの加熱には限度がある(空気、予備改質ガスの予熱には燃焼ガスの全熱量は必要でない)。また、給湯システムにおける必要温水量にも限度があるので、必要量以上の温水を得ても無駄になってしまう。このように、SOFCシステムの効率にはSOFCスタックそれ自体での燃料利用率が大きく影響する。そして、SOFCそれ自体での燃料利用率の限界がSOFCシステムの効率を引き下げている。   However, there is a limit to the heating of the air and the pre-reformed gas in the heat exchanger 1 and the heat exchanger 2 (the total amount of combustion gas is not necessary for pre-heating the air and the pre-reformed gas). Moreover, since there is a limit to the amount of hot water required in the hot water supply system, even if hot water exceeding the required amount is obtained, it will be wasted. Thus, the efficiency of the SOFC system is greatly influenced by the fuel utilization rate in the SOFC stack itself. And the limit of fuel utilization in the SOFC itself has lowered the efficiency of the SOFC system.

ところで、SOFCスタックから排出される利用済み燃料、すなわちアノードオフガスに着目すると、アノードオフガスにはSOFCで未利用の水素や一酸化炭素などが含まれている。そこで、本発明は、従来のSOFCシステムにおける、そのような未利用の水素や一酸化炭素を含むアノードオフガスに着目し、これをSOFCスタックそれ自体での燃料利用率の向上に利用してSOFCシステムの効率を上げることを目的とする。   By the way, paying attention to the spent fuel discharged from the SOFC stack, that is, the anode off gas, the anode off gas contains hydrogen, carbon monoxide, and the like that are not used in the SOFC. Therefore, the present invention pays attention to such anode off-gas containing unused hydrogen and carbon monoxide in the conventional SOFC system, and uses this for improving the fuel utilization rate in the SOFC stack itself. The purpose is to increase the efficiency.

すなわち、本発明は、SOFCスタックのアノードオフガスから、(a)水蒸気を除去するか、(b)水蒸気及び二酸化炭素を除去するか、あるいは(c)水蒸気、二酸化炭素及び一酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生し、再生オフガスを燃料電池の燃料として再利用することによりSOFCにおける燃料利用率を高め、発電効率を向上させてなるSOFCによる発電方法及びシステムを提供することを目的とするものである。   That is, the present invention removes (a) water vapor, (b) water vapor and carbon dioxide, or (c) water vapor, carbon dioxide and carbon monoxide from the anode off-gas of the SOFC stack. An object of the present invention is to provide a power generation method and system using SOFC that regenerates the anode off gas and recycles the regenerated off gas as fuel for the fuel cell to increase the fuel utilization rate in the SOFC and improve the power generation efficiency. is there.

本発明は、(1)固体酸化物形燃料電池による発電方法であって、固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気を除去してアノードオフガスを再生し、再生オフガスを固体酸化物形燃料電池の燃料として再利用して固体酸化物形燃料電池それ自体での燃料利用率を改善することを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電方法を提供する。   The present invention is (1) a power generation method using a solid oxide fuel cell, in which water vapor is removed from the anode offgas of the solid oxide fuel cell to regenerate the anode offgas, and the regenerated offgas is used as the solid oxide fuel cell. A power generation method using a solid oxide fuel cell is provided in which the fuel utilization rate of the solid oxide fuel cell itself is improved by being reused as a fuel.

本発明は、(2)固体酸化物形燃料電池による発電方法であって、固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気及び二酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生し、再生オフガスを固体酸化物形燃料電池の燃料として再利用することにより固体酸化物形燃料電池それ自体での燃料利用率を改善することを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電方法を提供する。   The present invention is (2) a power generation method using a solid oxide fuel cell, in which water vapor and carbon dioxide are removed from the anode offgas of the solid oxide fuel cell to regenerate the anode offgas, and the regenerated offgas is converted into a solid oxide. Provided is a power generation method using a solid oxide fuel cell, wherein the fuel utilization rate of the solid oxide fuel cell itself is improved by reusing it as a fuel for a fuel cell.

本発明は、(3)固体酸化物形燃料電池による発電方法であって、固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気、二酸化炭素及び一酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生し、再生オフガスを固体高分子形燃料電池の燃料として利用することにより燃料利用率を改善することを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電方法を提供する。   The present invention is (3) a power generation method using a solid oxide fuel cell, which removes water vapor, carbon dioxide and carbon monoxide from the anode off gas of the solid oxide fuel cell to regenerate the anode off gas, The present invention provides a power generation method using a solid oxide fuel cell, characterized in that the fuel utilization rate is improved by using as a fuel for a polymer electrolyte fuel cell.

本発明は、(4)固体酸化物形燃料電池における固体酸化物形燃料電池それ自体での燃料利用率を改善してなる発電システムであって、固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気を除去してアノードオフガスを再生し、再生オフガスを固体酸化物形燃料電池の燃料として再利用するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電システムを提供する。   The present invention is (4) a power generation system in which the solid oxide fuel cell itself improves the fuel utilization rate in the solid oxide fuel cell, and water vapor is generated from the anode off-gas of the solid oxide fuel cell. There is provided a power generation system using a solid oxide fuel cell, characterized in that the anode off gas is removed to regenerate and the regenerated off gas is reused as a fuel for the solid oxide fuel cell.

本発明は、(5)固体酸化物形燃料電池における固体酸化物形燃料電池それ自体での燃料利用率を改善してなる発電システムであって、固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気及び二酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生し、再生オフガスを固体酸化物形燃料電池の燃料として再利用するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電システムを提供する。   The present invention is (5) a power generation system in which the solid oxide fuel cell itself improves the fuel utilization rate in the solid oxide fuel cell, wherein the solid oxide fuel cell's anode off-gas is supplied with water vapor and Provided is a power generation system using a solid oxide fuel cell, wherein carbon dioxide is removed to regenerate the anode off gas, and the regenerated off gas is reused as a fuel for the solid oxide fuel cell.

本発明は、(6)固体酸化物形燃料電池における燃料利用率を改善してなる発電システムであって、固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気、二酸化炭素及び一酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生し、再生オフガスを固体高分子形燃料電池の燃料として利用するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電システムを提供する。   The present invention is (6) a power generation system in which the fuel utilization rate in a solid oxide fuel cell is improved by removing water vapor, carbon dioxide and carbon monoxide from the anode off-gas of the solid oxide fuel cell. Provided is a power generation system using a solid oxide fuel cell, wherein the anode off gas is regenerated and the regenerated off gas is used as a fuel for a polymer electrolyte fuel cell.

本発明(1)及び(4)は、SOFCによる発電方法及び発電システムである。そして、SOFCのアノードオフガスから水蒸気を除去してアノードオフガスを再生し、その再生オフガスをSOFCの燃料として再利用することにより燃料利用率を改善することを特徴とする。ここで、SOFCのアノードオフガスから水蒸気を除去して再生するSOFCと、再生オフガスを燃料として再利用するSOFCとは同じSOFCであってもよいが、それぞれ別個のSOFCであってもよい。   The present inventions (1) and (4) are SOFC power generation methods and systems. Then, water vapor is removed from the anode offgas of the SOFC to regenerate the anode offgas, and the recycled offgas is reused as fuel for the SOFC, thereby improving the fuel utilization rate. Here, the SOFC that removes water vapor from the SOFC anode off-gas and regenerates the SOFC that reuses the regenerated off-gas as fuel may be the same SOFC, or may be separate SOFCs.

本発明(2)及び(5)は、SOFCによる発電方法及び発電システムである。そして、SOFCのアノードオフガスから水蒸気及び二酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生し、その再生オフガスをSOFCの燃料として再利用することにより燃料利用率を改善してなることを特徴とする。ここで、SOFCのアノードオフガスから水蒸気及び二酸化炭素を除去して再生するSOFCと、再生オフガスを燃料として再利用するSOFCとは同じSOFCであってもよいが、それぞれ別個のSOFCであってもよい。   The present inventions (2) and (5) are SOFC power generation methods and systems. The fuel off rate is improved by removing water vapor and carbon dioxide from the anode offgas of the SOFC to regenerate the anode offgas, and reusing the regenerated offgas as the fuel for the SOFC. Here, the SOFC that regenerates by removing water vapor and carbon dioxide from the anode offgas of the SOFC and the SOFC that reuses the regenerated offgas as fuel may be the same SOFC, or may be separate SOFCs. .

本発明(3)及び(6)は、SOFCによる発電方法及び発電システムである。そして、SOFCのアノードオフガスから水蒸気、二酸化炭素及び一酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生し、その再生オフガスを固体高分子形燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:以下適宜PEFCと略称する)の燃料として利用することにより、燃料利用率を改善してなることを特徴とする。   The present inventions (3) and (6) are SOFC power generation methods and systems. Then, the water vapor, carbon dioxide and carbon monoxide are removed from the SOFC anode off-gas to regenerate the anode off-gas, and the regenerated off-gas is a fuel for a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter abbreviated as PEFC as appropriate). It is characterized by improving the fuel utilization rate.

本発明(3)及び(6)においては、SOFCによる発電に加えて、PEFCによる発電を行い、SOFCの再生アノードオフガスをPEFCの燃料として利用するものである。PEFCの場合、燃料中のCOの許容濃度は100ppm(ppm=volppm、以下同じ)程度、そのアノードの構成材料等の如何によっては10ppm程度であり、これを超えると電池性能が著しく劣化するので、SOFCのアノードオフガスからは、水蒸気及び二酸化炭素のほか、一酸化炭素も除去してPEFCの燃料として利用する。   In the present invention (3) and (6), in addition to power generation by SOFC, power generation by PEFC is performed, and the regenerated anode off-gas of SOFC is used as fuel for PEFC. In the case of PEFC, the allowable concentration of CO in the fuel is about 100 ppm (ppm = vol ppm, the same applies hereinafter), and about 10 ppm depending on the constituent material of the anode, etc. The SOFC anode off-gas removes water vapor and carbon dioxide as well as carbon monoxide and uses it as a fuel for PEFC.

図2は、本発明の作用、効果を説明する図で、SOFCにおける燃料利用率とセル電圧との関係を示している。図2のとおり、SOFCでの燃料利用率を高めると、漸次セル電圧が低下する。そして、90%程度を超える燃料利用率で急激にセル電圧の低下が起こる。また、燃料枯れすなわち濃度過電圧や、燃料の若干のリークなどにより、実際には燃料利用率80〜85%程度が限度となる。   FIG. 2 is a diagram for explaining the operation and effect of the present invention, and shows the relationship between the fuel utilization rate and the cell voltage in SOFC. As shown in FIG. 2, when the fuel utilization rate in the SOFC is increased, the cell voltage gradually decreases. Then, the cell voltage rapidly decreases at a fuel utilization rate exceeding about 90%. In addition, the fuel utilization rate is actually limited to about 80 to 85% due to fuel depletion, that is, concentration overvoltage and slight fuel leakage.

ここで、その燃料利用率Ufを80%とし、電池の効率ηcellを70%、インバータ効率ηinvを90%、補機効率ηauxを90%とすると、最終的な発電効率ηは、η=Uf×ηcell×ηinv×ηaux=0.8×0.7×0.9×0.9≒0.45、すなわち45%程度となる。 If the fuel utilization rate U f is 80%, the battery efficiency η cell is 70%, the inverter efficiency η inv is 90%, and the auxiliary machine efficiency η aux is 90%, the final power generation efficiency η is η = U f × η cell × η inv × η aux = 0.8 × 0.7 × 0.9 × 0.9≈0.45, that is, about 45%.

残った20%のアノードオフガスを再生し、100%の水素燃料としてSOFCもしくはPEFCで利用すると、残った20%での発電効率はη=Uf×ηcell×ηinv×ηaux=0.2×0.7×0.9×0.9≒0.11、すなわち11%程度が付加されることになり、総合発電効率は56%に増加させることが可能となる。 When the remaining 20% anode off-gas is regenerated and used as a 100% hydrogen fuel in SOFC or PEFC, the power generation efficiency at the remaining 20% is η = U f × η cell × η inv × η aux = 0.2 × 0.7 × 0.9 × 0.9≈0.11, that is, about 11% is added, and the total power generation efficiency can be increased to 56%.

本発明においては、この事実を利用して、アノードオフガス中の(a)水蒸気、(b)水蒸気及び二酸化炭素、あるいは(c)水蒸気、二酸化炭素及び一酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生し、その再生オフガスを燃料として再利用することによりSOFCにおける燃料利用率を高め、発電効率を向上させるものである。本発明における原燃料としては、都市ガスのほか、天然ガス、石油ガス、ガソリン、灯油、あるいはアルコール類(メタノールやエタノール)などが用いられる。   In the present invention, by utilizing this fact, the anode off-gas is regenerated by removing (a) water vapor, (b) water vapor and carbon dioxide, or (c) water vapor, carbon dioxide and carbon monoxide in the anode off-gas. By reusing the regenerated offgas as fuel, the fuel utilization rate in SOFC is increased and the power generation efficiency is improved. In addition to city gas, natural gas, petroleum gas, gasoline, kerosene, or alcohols (methanol or ethanol) are used as raw fuel in the present invention.

以下、実施例に基づき本発明をさら詳しく説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことはもちろんである。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in more detail based on an Example, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these Examples.

〈実施例1〉
図3は、本発明(1)及び(4)の実施例を示す図で、SOFCからのアノードオフガスから水蒸気を除去してアノードオフガスを再生し、その再生オフガスをSOFCの燃料として再利用する例である。図3のとおり、本例のSOFCシステムではSOFCスタックAとSOFCスタックBを用いる。
<Example 1>
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention (1) and (4), in which water vapor is removed from the anode off-gas from the SOFC to regenerate the anode off-gas, and the recycled off-gas is reused as SOFC fuel. It is. As shown in FIG. 3, the SOFC stack A and the SOFC stack B are used in the SOFC system of this example.

都市ガス等の原燃料は、昇圧機、脱硫器を経て予備改質器に供給され、ここで予備改質して水素、一酸化炭素及びメタンを含む予備改質ガスに変えられる。予備改質ガスは、熱交換器2で予熱された後、SOFCスタックAのアノードに供給され、カソードからの酸素との電気化学反応により発電する。その際、予備改質ガス中のメタンはアノードでの内部改質により水素及び一酸化炭素に改質されて燃料として利用される。なお、アノードでの内部改質とともに、あるいはこれに代えて、SOFCスタックA内あるいはその前段にその改質用の改質器を配置する場合もある。この点、以下の実施例においても同様である。一方、空気は、ブロワを経て、順次、熱交換器4、熱交換器1で予熱された後、SOFCスタックAのカソードに供給される。熱交換器4での加熱源はSOFCスタックAからのアノードオフガスである。   Raw fuel such as city gas is supplied to a pre-reformer through a booster and a desulfurizer, where it is pre-reformed and converted into a pre-reformed gas containing hydrogen, carbon monoxide and methane. The pre-reformed gas is preheated by the heat exchanger 2 and then supplied to the anode of the SOFC stack A to generate electric power by an electrochemical reaction with oxygen from the cathode. At that time, methane in the pre-reformed gas is reformed to hydrogen and carbon monoxide by internal reforming at the anode and used as fuel. In some cases, a reformer for reforming may be disposed in the SOFC stack A or in front of the SOFC stack A together with or instead of internal reforming at the anode. This also applies to the following embodiments. On the other hand, the air is sequentially preheated by the heat exchanger 4 and the heat exchanger 1 through the blower and then supplied to the cathode of the SOFC stack A. The heat source in the heat exchanger 4 is the anode off gas from the SOFC stack A.

SOFCスタックAからのアノードオフガスは、熱交換器4でSOFCスタックAへ供給する空気との熱交換により冷却され、さらに熱交換器5で給湯システムからの水により冷却され、水蒸気を凝縮、除去した後、熱交換器6で加熱され、SOFCスタックBのアノードに供給される。ここで、給湯システムはコージェネレーションシステムなどにおける給湯システムでもよく、給湯システムに代えて、他の冷却源を利用してもよい。その際、冷却源自体は加熱されるので熱の有効利用ができる。この点は、以下の実施例についても同様である。   The anode off-gas from the SOFC stack A is cooled by heat exchange with the air supplied to the SOFC stack A in the heat exchanger 4 and further cooled by water from the hot water supply system in the heat exchanger 5 to condense and remove water vapor. Then, it is heated by the heat exchanger 6 and supplied to the anode of the SOFC stack B. Here, the hot water supply system may be a hot water supply system in a cogeneration system or the like, or another cooling source may be used instead of the hot water supply system. At this time, since the cooling source itself is heated, the heat can be effectively used. This also applies to the following examples.

一方、空気がブロワを経て、分岐してSOFCスタックBのカソードに供給される。水蒸気を凝縮除去したアノードオフガスはSOFCスタックBのカソードからの酸素との電気化学反応により発電する。このように、SOFCスタックAからのアノードオフガスから水蒸気を凝縮、除去して再生し、その再生アノードオフガスをSOFCスタックBの燃料として利用する。これにより、本システムでのトータルとしての燃料利用率を上げることができる。水蒸気の凝縮水は常法に従いアノードオフガス導管から分岐したドレイン管から排出される。   On the other hand, air branches through the blower and is supplied to the cathode of the SOFC stack B. The anode off-gas from which the water vapor has been condensed and removed generates power by an electrochemical reaction with oxygen from the cathode of the SOFC stack B. In this manner, the water vapor is condensed and removed from the anode off-gas from the SOFC stack A and regenerated, and the regenerated anode off-gas is used as fuel for the SOFC stack B. Thereby, the fuel utilization rate as a total in this system can be raised. The condensed water vapor is discharged from a drain pipe branched from the anode off-gas conduit according to a conventional method.

SOFCスタックBからの利用済み燃料、すなわちアノードオフガスはオフガス燃焼器でSOFCスタックBからのカソードオフガスと混合して燃焼する。その燃焼ガスは、熱交換器6に通して、SOFCスタックBへ供給する空気及び再生アノードオフガス(熱交換器5で水蒸気を除去することで再生されている)の加熱源として利用された後、排気として排出される。SOFCスタックAからのアノードオフガスの一部は、図3中“燃料リサイクル”として示すように、熱交換器4の前で分岐してリサイクルさせ、予備改質器に供給してもよい。この点、以下の実施例においても同様である。SOFCスタックA及びBで得られた電力はインバータで交流電流に変えられる。   The spent fuel from the SOFC stack B, that is, the anode off gas, is mixed with the cathode off gas from the SOFC stack B in an off gas combustor and burned. The combustion gas passes through the heat exchanger 6 and is used as a heating source for the air supplied to the SOFC stack B and the regenerated anode off gas (regenerated by removing water vapor in the heat exchanger 5). Exhaust as exhaust. A part of the anode off-gas from the SOFC stack A may be branched and recycled in front of the heat exchanger 4 and supplied to the pre-reformer as shown as “fuel recycling” in FIG. This also applies to the following embodiments. The electric power obtained in the SOFC stacks A and B is converted into alternating current by the inverter.

また、SOFCスタックAからのカソードオフガスについては、順次、熱交換器1、熱交換器2に通され、それぞれ空気、予備改質ガスの加熱源として利用された後、さらに熱交換器3に通される。ここで給湯システムからの水の加熱に利用され、空気排気として排出される。   Further, the cathode off-gas from the SOFC stack A is sequentially passed through the heat exchanger 1 and the heat exchanger 2 and used as a heating source for air and pre-reformed gas, respectively, and further passed to the heat exchanger 3. Is done. Here, it is used for heating water from the hot water supply system and discharged as air exhaust.

〈実施例2〉
図4は、本発明(2)及び(5)の実施例を示す図で、SOFCのアノードオフガスから水蒸気及び二酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生し、その再生オフガスをSOFCの燃料として再利用する例である。図4のとおり、本例のSOFCシステムではSOFCスタックAとSOFCスタックBを用いる。
<Example 2>
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the present invention (2) and (5), in which water vapor and carbon dioxide are removed from the SOFC anode off-gas to regenerate the anode off-gas, and the regenerated off-gas is reused as SOFC fuel. This is an example. As shown in FIG. 4, the SOFC stack A and the SOFC stack B are used in the SOFC system of this example.

都市ガス等の原燃料は、昇圧機、脱硫器を経て予備改質器に供給され、ここで予備改質して水素、一酸化炭素及びメタンを含む予備改質ガスに変えられる。予備改質ガスは、熱交換器2で予熱された後、SOFCスタックAのアノードに供給され、カソードからの酸素との電気化学反応により発電する。その際、予備改質ガス中のメタンはアノードでの内部改質により水素及び一酸化炭素に改質される。   Raw fuel such as city gas is supplied to a pre-reformer through a booster and a desulfurizer, where it is pre-reformed and converted into a pre-reformed gas containing hydrogen, carbon monoxide and methane. The pre-reformed gas is preheated by the heat exchanger 2 and then supplied to the anode of the SOFC stack A to generate electric power by an electrochemical reaction with oxygen from the cathode. At that time, methane in the pre-reformed gas is reformed to hydrogen and carbon monoxide by internal reforming at the anode.

一方、空気は、ブロワを経て、順次、熱交換器4、熱交換器1で予熱された後、SOFCスタックAのカソードに供給される。熱交換器4での加熱源はSOFCスタックAからのアノードオフガスである。SOFCスタックAからのアノードオフガスの一部は熱交換器4の前で分岐してリサイクルさせ、予備改質器に供給してもよい。   On the other hand, the air is sequentially preheated by the heat exchanger 4 and the heat exchanger 1 through the blower and then supplied to the cathode of the SOFC stack A. The heat source in the heat exchanger 4 is the anode off gas from the SOFC stack A. A part of the anode off-gas from the SOFC stack A may be branched and recycled before the heat exchanger 4 and supplied to the pre-reformer.

SOFCスタックAからのアノードオフガスは、熱交換器4でSOFCスタックAへ供給する空気により冷却された後、二酸化炭素除去器(図4中CO2除去器)に供給される。二酸化炭素除去器では、例えば吸収剤等によりアノードオフガスから二酸化炭素を選択的に除去すればよく、その吸収剤の一例としてリチウム化ジルコニア(Li2ZrO3やLi4ZrO4)を挙げることができる。この吸収剤は二酸化炭素と反応して二酸化炭素を吸収、除去するが、この反応は、700℃程度以下で進み、600℃あたりでは体積比でリチウム化ジルコニアの520倍というような二酸化炭素を吸収する。熱交換器4を経たアノードオフガスの温度は700℃程度より低いが、なお高温であるので、例えばそのような吸収剤を使用してアノードオフガス中の二酸化炭素を選択的に除去することができる。 The anode off gas from the SOFC stack A is cooled by the air supplied to the SOFC stack A by the heat exchanger 4 and then supplied to the carbon dioxide remover (CO 2 remover in FIG. 4). In the carbon dioxide remover, for example, carbon dioxide may be selectively removed from the anode off-gas with an absorbent or the like, and examples of the absorbent include lithiated zirconia (Li 2 ZrO 3 and Li 4 ZrO 4 ). . This absorbent reacts with carbon dioxide and absorbs and removes carbon dioxide, but this reaction proceeds at about 700 ° C. or less, and absorbs carbon dioxide at a volume ratio of about 520 times that of lithiated zirconia around 600 ° C. To do. Although the temperature of the anode off-gas that has passed through the heat exchanger 4 is lower than about 700 ° C., and is still high, for example, carbon dioxide in the anode off-gas can be selectively removed using such an absorbent.

アノードオフガスは、さらに熱交換器5で給湯システムからの水により冷却され、アノードオフガスの中の水蒸気が凝縮、除去される。こうして、二酸化炭素及び水蒸気を除去することで再生されたSOFCスタックAのアノードオフガスが熱交換器6を経てSOFCスタックBのアノードに供給される。一方、空気が、ブロワを経て、分岐してSOFCスタックBのカソードに供給される。   The anode off gas is further cooled by water from the hot water supply system in the heat exchanger 5, and water vapor in the anode off gas is condensed and removed. Thus, the anode off gas of the SOFC stack A regenerated by removing carbon dioxide and water vapor is supplied to the anode of the SOFC stack B through the heat exchanger 6. On the other hand, the air branches through the blower and is supplied to the cathode of the SOFC stack B.

上記再生アノードオフガスは、SOFCスタックBのカソードからの酸素との電気化学反応により発電する。SOFCスタックA及びBで得られた電力はインバータで交流電流に変えられる。SOFCスタックBからのアノードオフガスは、同じくスタックBからのカソードオフガスと混合して燃焼する。その燃焼ガスは、熱交換器6に通して、SOFCスタックBへ供給する空気及び再生アノードオフガス(CO除去器で二酸化炭素を除去し、熱交換器5で水蒸気を除去することで再生されている)の加熱源として利用された後、排気として排出される。   The regeneration anode off gas generates power by an electrochemical reaction with oxygen from the cathode of the SOFC stack B. The electric power obtained in the SOFC stacks A and B is converted into alternating current by the inverter. The anode off gas from the SOFC stack B is also mixed with the cathode off gas from the stack B and burned. The combustion gas is regenerated by passing through the heat exchanger 6 and supplying air to the SOFC stack B and the regenerated anode off-gas (removing carbon dioxide with the CO remover and removing water vapor with the heat exchanger 5). ) And then exhausted as exhaust.

このように、SOFCスタックAからのアノードオフガスを、その中の二酸化炭素及び水蒸気を除去して再生して、SOFCスタックBの燃料として利用することにより、本システムでのトータルとして燃料利用率を上げることができる。   In this way, the anode off-gas from the SOFC stack A is regenerated by removing carbon dioxide and water vapor therein and used as fuel for the SOFC stack B, thereby increasing the fuel utilization rate as a total in this system. be able to.

また、SOFCスタックAからのカソードオフガスについては、順次、熱交換器1、熱交換器2に通され、それぞれ空気、予備改質ガスの加熱源として利用された後、さらに熱交換器3に通される。ここで給湯システムから水の加熱に利用され、空気排気として排出される。   Further, the cathode off-gas from the SOFC stack A is sequentially passed through the heat exchanger 1 and the heat exchanger 2 and used as a heating source for air and pre-reformed gas, respectively, and further passed to the heat exchanger 3. Is done. Here, it is used for heating water from the hot water supply system and discharged as air exhaust.

〈実施例3〉
図5は、本発明(3)及び(6)の実施例を示す図で、SOFCのアノードオフガスから水蒸気、二酸化炭素及び一酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生し、その再生オフガスをPEFCの燃料として利用する例である。本例のシステムではSOFCスタックとPEFCスタックを用いる。
<Example 3>
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the present invention (3) and (6). The anode offgas is regenerated by removing water vapor, carbon dioxide and carbon monoxide from the anode offgas of SOFC, and the regenerated offgas is converted into PEFC. This is an example of use as fuel. In the system of this example, an SOFC stack and a PEFC stack are used.

都市ガス等の原燃料は、昇圧機、脱硫器を経て予備改質器に供給され、ここで予備改質して水素、一酸化炭素及びメタンを含む予備改質ガスに変えられる。予備改質ガスは、熱交換器2で予熱された後、SOFCスタックのアノードに供給され、カソードからの酸素との電気化学反応により発電する。その際、予備改質ガス中のメタンは内部改質により水素及び一酸化炭素に改質される。一方、空気は、ブロワを経て、順次、熱交換器4、熱交換器1で予熱された後、SOFCスタックのカソードに供給される。   Raw fuel such as city gas is supplied to a pre-reformer through a booster and a desulfurizer, where it is pre-reformed and converted into a pre-reformed gas containing hydrogen, carbon monoxide and methane. The pre-reformed gas is preheated by the heat exchanger 2 and then supplied to the anode of the SOFC stack to generate power by an electrochemical reaction with oxygen from the cathode. At that time, methane in the pre-reformed gas is reformed to hydrogen and carbon monoxide by internal reforming. On the other hand, the air is sequentially preheated by the heat exchanger 4 and the heat exchanger 1 through the blower and then supplied to the cathode of the SOFC stack.

SOFCスタックからのアノードオフガスは、熱交換器4でSOFCスタックへ供給する空気により冷却された後、二酸化炭素及び一酸化炭素が除去される。図5中“CO2、CO除去部”として示している箇所である。ここでの二酸化炭素及び一酸化炭素の両成分の除去手段には特に限定はなく、アノードオフガスから両成分を除去し得る手段であればよいが、例えば図6(a)〜(b)に示すようにして実施する。 The anode off gas from the SOFC stack is cooled by the air supplied to the SOFC stack by the heat exchanger 4, and then carbon dioxide and carbon monoxide are removed. In FIG. 5, this is the location indicated as “CO 2 , CO removal unit”. There are no particular limitations on the means for removing both components of carbon dioxide and carbon monoxide here, and any means capable of removing both components from the anode off-gas may be used. For example, as shown in FIGS. It carries out like this.

まず、熱交換器4からのアノードオフガスを例えば前記リチウム化ジルコニア吸収剤を充填したCO2除去器に通してCO2を除去する。次いで、CO変成触媒(=シフト触媒)を充填したCO変成器に供給してCO変成反応(CO+2H2O→CO2+2H2)によりCOを除去する。シフト触媒としては例えば銅ー亜鉛系触媒や白金触媒等を用いることができる。CO変成反応に必要な水蒸気としてはアノードオフガス中の水蒸気が利用される。 First, the anode off gas from the heat exchanger 4 is passed through, for example, a CO 2 remover filled with the lithiated zirconia absorbent to remove CO 2 . Subsequently, CO is removed by a CO shift reaction (CO + 2H 2 O → CO 2 + 2H 2 ) by supplying a CO shifter filled with a CO shift catalyst (= shift catalyst). As the shift catalyst, for example, a copper-zinc catalyst or a platinum catalyst can be used. As water vapor required for the CO shift reaction, water vapor in the anode off-gas is used.

なお、CO変成器でのCO変成反応は、発熱反応であるため、化学平衡上低温ほど進行する。このため、CO2除去器を経たアノードオフガスの温度如何により、CO変成器の前段に冷却器を配するか、CO変成器の内部または外部に冷却機構を設けるなどして、反応温度の上昇を回避する。図6(b)にCO変成器の前段に冷却器を配した場合を示している。冷媒としては例えば給湯システムからの水を利用することができる。 Note that the CO shift reaction in the CO shift converter is an exothermic reaction, and thus proceeds at a lower temperature in terms of chemical equilibrium. For this reason, depending on the temperature of the anode off-gas that has passed through the CO 2 remover, the reaction temperature can be increased by arranging a cooler in the front stage of the CO converter or by providing a cooling mechanism inside or outside the CO converter. To avoid. FIG. 6 (b) shows a case where a cooler is arranged in front of the CO transformer. As the refrigerant, for example, water from a hot water supply system can be used.

PEFCでは、燃料中の一酸化炭素は100ppm程度、アノードの構成材料等の如何によっては10ppmが限度であり、これを超えると電池性能を著しく劣化させるので、一酸化炭素はPEFCに供給する前に除去しておく必要がある。このため、アノードオフガスはCO変成器によりCO濃度を1%(%=vol%)程度以下まで低下させた後、CO選択酸化器に供給し、COの酸化反応(CO+1/2O2=CO2)により除去して、COを100ppm以下、好ましくは10ppm以下まで低減させる。CO選択酸化器ではCOのみを選択的に酸化する必要があるので、Ru系(アルミナ等の担体に担持)などのCO選択酸化触媒が用いられる。ここでの酸化用酸素としては空気等の酸化剤ガスが添加される。 In PEFC, the limit is about 100 ppm for carbon monoxide in the fuel and 10 ppm depending on the constituent materials of the anode, etc. If this is exceeded, battery performance will be significantly degraded. It needs to be removed. For this reason, the anode off-gas is reduced to about 1% (% = vol%) or less by a CO converter, and then supplied to the CO selective oxidizer to oxidize the CO (CO + 1 / 2O 2 = CO 2 ). To reduce CO to 100 ppm or less, preferably 10 ppm or less. Since it is necessary to selectively oxidize only CO in the CO selective oxidizer, a CO selective oxidation catalyst such as Ru-based (supported on a carrier such as alumina) is used. Here, an oxidizing gas such as air is added as the oxidizing oxygen.

こうして、二酸化炭素及び一酸化炭素を除去したSOFCスタックからのアノードオフガスは、さらに熱交換器5で水により冷却して水蒸気を凝縮、除去し、PEFCスタックのアノードに供給される。一方、空気が、ブロワを経て、分岐してPEFCスタックのカソードに供給される。   Thus, the anode off-gas from the SOFC stack from which carbon dioxide and carbon monoxide have been removed is further cooled with water in the heat exchanger 5 to condense and remove water vapor, and supplied to the anode of the PEFC stack. On the other hand, air branches through the blower and is supplied to the cathode of the PEFC stack.

SOFCスタックからの再生アノードオフガスは、PEFCスタックのカソードからの酸素との電気化学反応により発電する。SOFCスタック及びPEFCスタックで得られた電力はインバータで交流電流に変えられる。PEFCスタックからのアノードオフガスは、同じくPEFCスタックからのカソードオフガスと混合、燃焼し、排気として排出される。   The regenerated anode offgas from the SOFC stack generates electricity by an electrochemical reaction with oxygen from the cathode of the PEFC stack. The electric power obtained in the SOFC stack and PEFC stack is converted into alternating current by the inverter. The anode off-gas from the PEFC stack is mixed with the cathode off-gas from the PEFC stack, burned, and discharged as exhaust.

このように、SOFCスタックのアノードオフガスから二酸化炭素、一酸化炭素及び水蒸気を除去して再生し、その再生アノードオフガスをPEFCスタックの燃料として利用することにより、本システムでのトータルとして燃料利用率を上げることができる。   In this way, carbon dioxide, carbon monoxide, and water vapor are removed from the SOFC stack anode off-gas and regenerated, and the regenerated anode off-gas is used as fuel for the PEFC stack. Can be raised.

また、SOFCスタックからのカソードオフガスについては、順次、熱交換器1、熱交換器2に通され、それぞれ空気、予備改質ガスの加熱源として利用された後、さらに熱交換器3に通される。ここで給湯システムからの水の加熱に利用された後、空気排気として排出される。SOFCスタックからのアノードオフガスの一部は熱交換器4の前で分岐してリサイクルさせ、予備改質器に供給してもよい。   Further, the cathode off-gas from the SOFC stack is sequentially passed through the heat exchanger 1 and the heat exchanger 2 and used as a heating source for air and pre-reformed gas, respectively, and further passed through the heat exchanger 3. The Here, after being used for heating water from the hot water supply system, it is discharged as air exhaust. A part of the anode off-gas from the SOFC stack may be branched and recycled in front of the heat exchanger 4 and supplied to the pre-reformer.

CO変成器及びCO選択酸化器でのCO除去処理において、再生アノードオフガス中の二酸化炭素が増えるが、SOFCスタックからのアノードオフガス自体に含まれていた二酸化炭素は既にCO変成器の前段のCO2除去器で除去されている。このため、CO選択酸化器からの再生アノードオフガス中の二酸化炭素は実質上CO選択酸化器で生成した分だけであるので、その再生アノードオフガスはそのままPEFCスタックの燃料として利用することができる。ただし、二酸化炭素をより少なくなるように除去してPEFCスタックに供給するために、CO2除去器をCO選択酸化器の後段に配置してもよい。図7はこの場合の態様を示す図である。 In the CO removal process in the CO converter and the CO selective oxidizer, the carbon dioxide in the regeneration anode offgas increases, but the carbon dioxide contained in the anode offgas itself from the SOFC stack is already in the CO 2 before the CO converter. It has been removed with a remover. For this reason, since the carbon dioxide in the regeneration anode offgas from the CO selective oxidizer is substantially the amount produced by the CO selective oxidizer, the regeneration anode offgas can be used as fuel for the PEFC stack as it is. However, in order to remove carbon dioxide so as to be reduced and supply it to the PEFC stack, a CO 2 remover may be arranged after the CO selective oxidizer. FIG. 7 is a diagram showing a mode in this case.

図7のとおり、SOFCスタックからのアノードオフガスを、CO変成器に通してCOを変成、除去した後、CO選択酸化器(図7中CO酸化器)に通してさらにCOを低減する。CO選択酸化器を経たガスには、アノードオフガス自体に含まれていた二酸化炭素に加え、CO選択酸化器で生成した二酸化炭素も含まれているので、CO2除去器に通して二酸化炭素分を除去してPEFCスタックのアノードに供給して燃料として利用する。その際、CO選択酸化器からの出ガスはCOの燃焼反応で高温となっているので、CO2除去器でのCO2吸収剤として例えば前述リチウム化ジルコニアを用いることができる。 As shown in FIG. 7, the anode off-gas from the SOFC stack is passed through a CO converter to transform and remove CO, and then passed through a CO selective oxidizer (CO oxidizer in FIG. 7) to further reduce CO. The gas passed through the CO selective oxidizer, in addition to carbon dioxide contained in the anode off-gas itself, because it contains also carbon dioxide generated by the CO selective oxidizer, the carbon dioxide partial through CO 2 remover It is removed and supplied to the anode of the PEFC stack and used as fuel. At this time, outlet gas from the CO selective oxidizer, so that a high temperature in the combustion reaction of CO, can be used as a CO 2 absorbent in a CO 2 remover such as above lithium zirconia.

ここで、そのようにCO2吸収剤としてリチウム化ジルコニアを用いるに際して、CO選択酸化器からのガス温度が不足する場合には、そのガスを加熱した後に、CO2除去器に通すようにしてもよい。図8はその例を示す図である。図8では、熱交換器7を配置し、その加熱に別途配置されたSOFCシステムからのカソードオフガスなどの排気を利用する例を示しているが、その加熱源としては適宜の加熱源を利用することができる。なお、CO変成器やCO選択酸化器には触媒の種類などにより適温があるので、それぞれシステムに適した触媒を用いるが、適温への調整には給湯システムからの水やSOFCスタックからのオフガスなどが利用できる。 Here, when using the lithiated zirconia as the CO 2 absorbent as described above, if the gas temperature from the CO selective oxidizer is insufficient, the gas is heated and then passed through the CO 2 remover. Good. FIG. 8 is a diagram showing an example thereof. FIG. 8 shows an example in which the heat exchanger 7 is arranged and exhaust such as cathode off gas from a SOFC system separately arranged for heating is used, but an appropriate heating source is used as the heating source. be able to. Since the CO converter and CO selective oxidizer have appropriate temperatures depending on the type of catalyst, etc., a catalyst suitable for each system is used. For adjustment to the appropriate temperature, water from the hot water supply system, off-gas from the SOFC stack, etc. Is available.

SOFCからのアノードオフガスを、燃料及び空気の予熱に加え、給湯システムに利用する従来のSOFCシステムの例を説明する図The figure explaining the example of the conventional SOFC system which adds anode off gas from SOFC to the hot water supply system in addition to fuel and air preheating 本発明を説明する図(SOFCにおける燃料利用率とセル電圧との関係)The figure explaining the present invention (relationship between fuel utilization and cell voltage in SOFC) 実施例1を示す図The figure which shows Example 1. 実施例2を示す図The figure which shows Example 2. 実施例3を示す図The figure which shows Example 3. 実施例3を示す図The figure which shows Example 3. 実施例3を示す図The figure which shows Example 3. 実施例3を示す図The figure which shows Example 3.

符号の説明Explanation of symbols

1〜7 熱交換器
1-7 heat exchanger

Claims (10)

固体酸化物形燃料電池による発電方法であって、固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気を除去してアノードオフガスを再生し、再生オフガスを固体酸化物形燃料電池の燃料として再利用して固体酸化物形燃料電池それ自体での燃料利用率を改善することを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電方法。   A power generation method using a solid oxide fuel cell, in which water vapor is removed from the anode off gas of the solid oxide fuel cell to regenerate the anode off gas, and the regenerated off gas is reused as fuel for the solid oxide fuel cell. A power generation method using a solid oxide fuel cell, wherein the fuel utilization rate of the solid oxide fuel cell itself is improved. 請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池による発電方法において、前記固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気を除去して再生する固体酸化物形燃料電池と、前記再生オフガスを燃料として再利用する固体酸化物形燃料電池とが別個の固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電方法。   2. The power generation method using a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the solid oxide fuel cell is regenerated by removing water vapor from the anode off gas of the solid oxide fuel cell, and the regenerated off gas is used as fuel. A power generation method using a solid oxide fuel cell, wherein the solid oxide fuel cell to be used is a separate solid oxide fuel cell. 固体酸化物形燃料電池による発電方法であって、固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気及び二酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生し、再生オフガスを固体酸化物形燃料電池の燃料として再利用することにより固体酸化物形燃料電池それ自体での燃料利用率を改善することを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電方法。   A power generation method using a solid oxide fuel cell, in which water vapor and carbon dioxide are removed from the anode off gas of the solid oxide fuel cell to regenerate the anode off gas, and the regenerated off gas is reused as fuel for the solid oxide fuel cell. A power generation method using a solid oxide fuel cell, wherein the utilization rate of the fuel in the solid oxide fuel cell itself is improved. 請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池による発電方法において、前記固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気及び二酸化炭素を除去して再生する固体酸化物形燃料電池と、前記再生オフガスを燃料として再利用する固体酸化物形燃料電池とが別個の固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電方法。   4. The power generation method using a solid oxide fuel cell according to claim 3, wherein the solid oxide fuel cell is regenerated by removing water vapor and carbon dioxide from the anode offgas of the solid oxide fuel cell, and the regenerated offgas. A power generation method using a solid oxide fuel cell, wherein the solid oxide fuel cell to be reused as fuel is a separate solid oxide fuel cell. 固体酸化物形燃料電池による発電方法であって、固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気、二酸化炭素及び一酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生し、再生オフガスを固体高分子形燃料電池の燃料として利用することにより燃料利用率を改善することを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電方法。   A power generation method using a solid oxide fuel cell, which removes water vapor, carbon dioxide and carbon monoxide from the anode off gas of the solid oxide fuel cell to regenerate the anode off gas, and uses the regenerated off gas as a solid polymer fuel cell. A power generation method using a solid oxide fuel cell, wherein the fuel utilization rate is improved by using the fuel as a fuel. 固体酸化物形燃料電池における固体酸化物形燃料電池それ自体での燃料利用率を改善してなる発電システムであって、固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気を除去してアノードオフガスを再生し、再生オフガスを固体酸化物形燃料電池の燃料として再利用するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電システム。   A power generation system that improves the fuel utilization rate of a solid oxide fuel cell in a solid oxide fuel cell, and regenerates the anode off gas by removing water vapor from the anode off gas of the solid oxide fuel cell. A power generation system using a solid oxide fuel cell, wherein the regenerated off-gas is reused as a fuel for the solid oxide fuel cell. 請求項6に記載の固体酸化物形燃料電池による発電システムにおいて、前記固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気を除去して再生する固体酸化物形燃料電池と、前記再生オフガスを燃料として再利用する固体酸化物形燃料電池とが別個の固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電システム。   7. The power generation system using a solid oxide fuel cell according to claim 6, wherein the solid oxide fuel cell is regenerated by removing water vapor from the anode off gas of the solid oxide fuel cell, and is regenerated using the regenerated off gas as fuel. A power generation system using a solid oxide fuel cell, wherein the solid oxide fuel cell to be used is a separate solid oxide fuel cell. 固体酸化物形燃料電池における固体酸化物形燃料電池それ自体での燃料利用率を改善してなる発電システムであって、固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気及び二酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生し、再生オフガスを固体酸化物形燃料電池の燃料として再利用するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電システム。   A power generation system that improves the fuel utilization rate of a solid oxide fuel cell itself in a solid oxide fuel cell, and removes water vapor and carbon dioxide from the anode off-gas of the solid oxide fuel cell to form an anode A power generation system using a solid oxide fuel cell, wherein the off gas is regenerated and the regenerated off gas is reused as fuel for the solid oxide fuel cell. 請求項8に記載の固体酸化物形燃料電池による発電システムにおいて、前記固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気及び二酸化炭素を除去して再生する固体酸化物形燃料電池と、前記再生オフガスを燃料として再利用する固体酸化物形燃料電池とが別個の固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電システム。   9. The power generation system using a solid oxide fuel cell according to claim 8, wherein the solid oxide fuel cell is regenerated by removing water vapor and carbon dioxide from the anode offgas of the solid oxide fuel cell, and the regenerated offgas is regenerated. A power generation system using a solid oxide fuel cell, wherein the solid oxide fuel cell to be reused as fuel is a separate solid oxide fuel cell. 固体酸化物形燃料電池における燃料利用率を改善してなる発電システムであって、固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスから水蒸気、二酸化炭素及び一酸化炭素を除去してアノードオフガスを再生し、再生オフガスを固体高分子形燃料電池の燃料として利用するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池による発電システム。
A power generation system with improved fuel utilization in a solid oxide fuel cell, which removes water vapor, carbon dioxide and carbon monoxide from the anode off gas of the solid oxide fuel cell to regenerate and regenerate the anode off gas A power generation system using a solid oxide fuel cell, wherein off-gas is used as a fuel for the polymer electrolyte fuel cell.
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