JP2008541363A - 燃料電池装置の運転方法及び燃料電池装置 - Google Patents

燃料電池装置の運転方法及び燃料電池装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2008541363A
JP2008541363A JP2008510479A JP2008510479A JP2008541363A JP 2008541363 A JP2008541363 A JP 2008541363A JP 2008510479 A JP2008510479 A JP 2008510479A JP 2008510479 A JP2008510479 A JP 2008510479A JP 2008541363 A JP2008541363 A JP 2008541363A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reforming unit
fuel cell
group
fuel gas
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2008510479A
Other languages
English (en)
Inventor
ベトナーツ・マルク
ロルフ・シュテファン
ギーナップ・アレクサンデル
Original Assignee
シーエフシー・ソルーションズ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シーエフシー・ソルーションズ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング filed Critical シーエフシー・ソルーションズ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング
Publication of JP2008541363A publication Critical patent/JP2008541363A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
    • C01B3/58—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction
    • C01B3/586—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction the reaction being a methanation reaction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/12—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/48—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/0445—Selective methanation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0866—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combination of different heating methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

燃料ガスが、燃料電池群（２）と熱的に接触状態にある第一の改質ユニット群（４）内で吸熱性反応において前記燃料電池群（２）の熱を吸収しながら部分的に水素に転化され、そして前記燃料電池群（２）のアノードに供給されることを含む、スタック（１）に配置された燃料電池群（２）を有する燃料電池装置の運転方法及びこのような燃料電池装置それ自体が開示される。本発明では、前記燃料電池群（２）内で必要な量よりも多量の水素が前記第一の改質ユニット群（４）内で生成され、そして改質されたこの水素含有燃料ガスの一部が前記第一の改質ユニット群（４）から抜き取られて、第二の改質ユニット（３）に供給され、この際、この供給された改質燃料ガス中に含まれる水素が、前記第二の改質ユニット（３）内で発熱性の逆反応に付され、そしてここで生じた熱が、前記第二の改質ユニット（３）の冷却によって除去される。

Description

本発明は、請求項１の前提部に従う燃料電池装置の運転方法、及び請求項６の前提部に記載される燃料電池装置それ自体に関する。
スタックの形に配置された燃料電池を有する燃料電池装置の出力密度、例えば特に溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）を有する燃料電池装置の出力密度は、中でも、可能な冷却力、すなわち燃料電池スタックからそれの運転の際に除去され得る熱の量によって制限される。出力密度が大きくなると、個々の燃料電池で生ずる熱量も多くなり、そしてこれを充分に除去できないと、出力密度を更に高めることはもはやできない。
燃料電池内で反応させる燃料ガスを内部改質によって処理することは既知である。この際、例えば、天然ガス中に存在するメタンを水蒸気の存在下に接触水蒸気改質によって反応させて水素並びに一酸化炭素及び二酸化炭素に転化する。
ＣＨ4 ＋ Ｈ2Ｏ <----> ＣＯ ＋ ３Ｈ2
ＣＯ ＋ Ｈ2Ｏ <----> ＣＯ2 ＋ Ｈ2
これは、直接または間接内部改質の形で行うことができる。反応が燃料電池のアノード室自体内で行われる直接内部改質に対して、間接内部改質は、アノードとは熱的に接触した状態にあるが、これとは独立した改質ユニット内で行われる。間接内部改質は、“Molten Carbonate fuel cell with indirect internal reforming”（間接内部改質式溶融炭酸塩燃料電池），Journal of Power Sources, 52 (1994), 41〜47頁における記事のテーマである。
上記の両方の反応が進行し、そのうち一つ目に挙げたメタン水蒸気改質が強く吸熱性に進行し、これに対して二つ目として挙げたシフト反応において熱が発生するプロセスは、Robert Reinfelder(エアランゲン，２００４)から発表された、工学博士号取得のための論文であるエアランゲン−ニュルンベルグ大学工学部の“Reaktionskinetische Untersuchungen zur Methan-Dampf-Reformierung und Shift-Reaktion an Anoden oxidkeramischer Brennstoffzellen”（酸化物セラミック燃料電池のアノードでのメタン水蒸気改質及びシフト反応についての反応速度論的研究）にも記載されている。
“Reformierung von Kohlenwasserstoffen zur Wasserstofferzeugung fuer Brennstoffzellen”（燃料電池用の水素製造のための炭化水素の改質法）（Dr-Ing. Peter Huebner, フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所ＩＳＥ）にも同様に、水素製造の第三の可能性として、水蒸気と化合させて炭化水素を水蒸気改質して水素及び一酸化炭素とする方法、並びに部分的な酸化方法、すなわち化学当量未満での燃焼法、及び上記の両方の方法の組み合わせとしての自熱式改質方法が記載されている。
燃料電池における燃料の処理のための改質反応は、“Brennstoffzellen in der Kraft-Waerme-Kopplung - eine Energieoption fuer die Zukunft?"（熱電併給における燃料電池 − 将来のエネルギー選択の一つか？）, Ludwig Joerissen et al., Forschungsverbund Sonnenenergie（太陽エネルギー共同研究）, “テーマ98/99”にも記載されている。
更に、高級炭化水素を含む燃料を接触的水蒸気改質によって自熱式に改質する方法も、欧州特許出願公開(A2)第0 989 094号に記載されている。この方法では、先ず、炭化水素を含む燃料を、触媒を含む反応器に通して、そこで、水蒸気の存在下に高級炭化水素を除去するかまたは減少させ、次いで自熱式改質器に送り、そこから、そこで生じた水素及び一酸化炭素に富む生成ガスを抜き取る。
最後に、特開平06-325783号公報には、溶融炭酸塩燃料電池システムにおける内部改質法が記載されている。このシステムでは、熱交換器として構築された予備改質器が備えられており、そこで、燃料電池の排ガスと炭素原子数が２またはそれ以上の炭化水素との間での熱交換、及び燃料電池から出る排ガスから、供給される燃料ガスへの伝熱を行いながら、水蒸気改質反応が行われる。この際、ブタンや他の軽炭化水素などの炭化水素を燃料ガスとして使用することができ、改質されたガスの体積は、メタンの改質の場合よりもかなり大きい。
本発明の課題は、より大きい出力密度をもって燃料電池群を駆動することができる、燃料電池装置の改良された運転方法を提供することである。更に、燃料電池群をより大きい出力密度で駆動し得る、燃料電池装置も提供される。
上記の課題は、方法手順的には請求項１の特徴を有する方法によって解決される。
装置構成的には、上記の課題は、請求項６の特徴を有する燃料電池装置によって解決される。
本発明の個々の有利な態様及び改良は、下位の請求項に記載される。
本発明によって、燃料ガスを、燃料電池群と熱的に接触した状態にある第一の改質ユニット群中で吸熱反応において燃料電池群の熱の吸収の下に部分的に水素に転化し、そして燃料電池群のアノードに供給することを含む、スタック状に配置された燃料電池群を有する燃料電池装置の運転方法が提供される。本発明では、燃料電池中において転化可能なまたは必要な量よりも多量の水素が第一の改質ユニット群において製造され、かつ改質された水素含有燃料ガスの一部が上記第一の改質ユニット群から抜き取られそして第二の改質ユニットに供給され、この際、供給されたこの改質燃料ガス中に含まれる水素が第二の改質ユニットにおいて発熱性逆反応に付され、そしてこの際発生した熱が、第二の改質ユニットの冷却によって除去される。
好ましくは、第一の改質ユニット群から抜かれた燃料ガスは、外部から新たに供給された燃料ガスと一緒に第二の改質ユニットに供給される。
好ましくは、第一の改質ユニット群で起こる吸熱反応は次の反応を含む。
ＣＨ4 ＋ Ｈ2Ｏ < ------ > ＣＯ ＋ ３Ｈ2 及び
ＣＯ ＋ Ｈ2Ｏ < ------ > ＣＯ2 ＋ Ｈ2
好ましくは、第二の改質ユニットで起こる発熱逆反応は次の反応を含む。
４Ｈ2 ＋ ＣＯ2 < ------ > ＣＨ4 ＋ ２Ｈ2Ｏ
本発明の好ましい態様の一つでは、第二の改質ユニット中での逆反応の調節は、冷却の強さによる温度の調節によって行われる。
更に、本発明によって、スタック状に配置された燃料電池群を有しかつこれらの燃料電池群と熱的に接触した状態にある第一の改質ユニット群を有する燃料電池装置であって、燃料ガスが、前記第一の改質ユニット群中で吸熱反応において燃料電池群の熱を吸収しながら部分的に水素に転化されそして燃料電池群のアノードに供給される、前記燃料電池装置が提供される。本発明では、燃料電池中で転化され得る量よりも多量の水素の製造のための第一改質ユニット群と、冷却可能な第二の改質ユニットが設けられ、この際、改質された水素含有燃料ガスの一部が第一の改質ユニット群から抜き取られそして第二の改質ユニットに供給され、この際、供給されたこの改質燃料ガス中に含まれる水素が、第二の改質ユニットにおいて発熱性の逆反応に付され、そしてこの際発生した熱が、第二の改質ユニットの冷却によって除去される。
好ましくは、第二の改質ユニットは、第一の改質ユニット群から抜かれた燃料ガスを外部から新たに供給された燃料ガスと一緒に受け入れるための予備改質器である。
好ましくは、第一の改質ユニット群から抜かれた燃料ガスを第二の改質ユニットに戻すための移送機構が備え付けられる。
第一の改質ユニット群から抜かれた燃料ガスを第二の改質ユニットに戻すために備え付けられる移送機構は、ポンプまたは側流路圧縮機(Seitenkanalverdichter)であることができる。
本発明の好ましい態様の一つでは、冷却の強さによる温度の調節によって逆反応を調節するために第二の改質装置が備え付けられる。
以下には、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
添付の図は、本発明の実施例の要式的なブロック図を示す。
発明の態様
図面に示した燃料電池装置は、スタック１に配置された燃料電池群２（図には簡略して一つの電池だけを示す）を含み、これらは、外部から供給された燃料ガス（図中矢印で示す）及び酸化性ガス（図示せず）から電流を発生させる役割を為す。第一の内部改質ユニット群４（これも簡略して図には一つだけ示す）は、燃料電池群２と熱的に接触した状態で設けられる。内部改質ユニット群４では、燃料ガスが、吸熱反応において燃料電池群２の熱を吸収しながら部分的に水素に転化され、次いで燃料電池群２のアノードに供給される。この燃料ガスは、予備改質器３の形の第二の改質ユニットを介して内部改質ユニット群４に供給される。この第二の改質ユニット２では、先ず、外部から供給された燃料ガスが、それ自体公知の方法でメタン化される。
内部改質ユニット群４は、燃料電池２中で転化可能な量よりも多量の水素を生成するよう設けられる。予備改質器３は冷却可能である。改質された水素含有燃料ガスの一部は内部改質ユニット群４から抜き出され、そして予備改質器３に戻され、ここで、供給されたこの改質燃料ガス中に含まれる水素が予備改質器３中で発熱性逆反応に付され、そしてここで生じた熱が予備改質器３の冷却によって除去される。それゆえ、予備改質器３は、ここに記載の実施例では、内部改質ユニット群４から抜かれた燃料ガスを、外部から新たに供給された燃料ガスと一緒に受け取るよう設けられる。
第一の改質ユニット群４から抜かれた燃料ガスを第二の改質ユニット３に戻すために、移送機構５が備え付けられ、これは、例えば、ポンプや側流路圧縮機であることができる。
冷却可能な予備改質器３は、冷却の強さによる温度の調節によって、逆反応の程度及び進行の調節、即ちそこで反応したガスの組成を調節するよう設けられる。
本発明の方法においては、内部改質ユニット群４では、燃料電池２中で転化可能な量よりも多量の水素が生成され、そして改質されたこの水素含有燃料ガスの一部は、内部改質ユニット群４から引き抜かれ、そして予備改質器３に戻される。この際、この戻された改質燃料ガス中に含まれる水素は、予備改質器３中で発熱性逆反応に付され、そしてそこで生じた熱は、予備改質器３の冷却によって除去される。内部改質ユニット群４中での吸熱プロセスによって燃料電池群２から熱が奪われ、そして燃料電池群はこれによって冷却される。この熱は、次いで、予備改質器３の冷却によってこの改質器内の発熱性プロセスを介して除去される。このようにして、燃料電池スタック１の効果的な冷却が行われ、これによって、燃料電池群２内で転換されるエネルギーの出力密度を高めることができる。
内部改質ユニット群４から抜かれた燃料ガスは、外部から新たに供給される燃料ガスと一緒に予備改質器３に供給される。
内部改質ユニット群４中で起こる吸熱性反応は次の反応を含むことができる。
ＣＨ4 ＋ Ｈ2Ｏ <-----> ＣＯ ＋ ３Ｈ2 及び
ＣＯ ＋ Ｈ2Ｏ <-----> ＣＯ2 ＋ Ｈ2
予備改質器３で起こる発熱性逆反応は次の反応を含むことができる。
４Ｈ2 ＋ ＣＯ2 <-----> ＣＨ4 ＋ ２Ｈ2Ｏ
予備改質器３内での逆反応の調節、すなわち逆反応の程度と進行並びにそこで転化したガスの組成の調節は、冷却の強さによる温度の調節によって行われる。
図１は、本発明の実施例の要式的なブロック図を示す。

Claims (10)

  1. 燃料ガスが、燃料電池群（２）と熱的に接触した状態にある第一の改質ユニット群（４）内で、吸熱反応において燃料電池群（２）からの熱を吸収しながら部分的に水素に転化され、そして燃料電池群（２）のアノードに供給されることを含む、スタック（１）に配置された燃料電池群（２）を有する燃料電池装置の運転方法であって、
    燃料電池群（２）で必要な量よりも多量の水素が上記第一の改質ユニット群（４）内で生成され、そして改質されたこの水素含有燃料ガスの一部が上記第一の改質ユニット群（４）から抜き取られそして第二の改質ユニット（３）に供給され、この際、供給されたこの改質燃料ガス内に含まれる水素が、前記第二の改質ユニット（３）中で発熱性逆反応に付され、そしてそこで生じた熱が、前記第二の改質ユニット（３）の冷却によって除去されることを特徴とする前記方法。
  2. 前記第一の改質ユニット群（４）から抜かれた燃料ガスが、外部から新たに供給された燃料ガスと一緒に前記第二の改質ユニット（３）に供給されることを特徴とする、請求項１の方法。
  3. 前記第一の改質ユニット群（４）中で起きる吸熱性反応が、次の反応、すなわち
    ＣＨ4 ＋ Ｈ2Ｏ <-----> ＣＯ ＋ ３Ｈ2 及び
    ＣＯ ＋ Ｈ2Ｏ <-----> ＣＯ2 ＋ Ｈ2
    を含むことを特徴とする、請求項１または２の方法。
  4. 前記第二の改質ユニット（３）中で起きる発熱性逆反応が、次の反応、すなわち
    ４Ｈ2 ＋ ＣＯ2 <-----> ＣＨ4 ＋ ２Ｈ2Ｏ
    を含むことを特徴とする、請求項１、２または３の方法。
  5. 前記第二の改質ユニット（３）中での逆反応の調節が、冷却の強さによる温度の調節によって行われることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの方法。
  6. スタック（１）に配置された燃料電池群（２）と、これらの燃料電池群（２）と熱的に接触した状態にある第一の改質ユニット群（４）とを備え、この際、燃料ガスが、前記第一の改質ユニット群（４）内で、吸熱性反応において燃料電池群（２）からの熱を吸収しながら部分的に水素に転化されそして燃料電池群（２）のアノードに供給される燃料電池装置であって、
    前記第一の改質ユニット群（４）は、燃料電池群（２）において必要な量よりも多量の水素を生成するよう設けられ、かつ冷却可能な第二の改質ユニット（３）が設けられており、この際、改質された水素含有燃料ガスの一部が、前記第一の改質ユニット群（４）から抜き取られて、第二の改質ユニット（３）に供給され、この際、この供給された改質燃料ガス中に含まれる水素が、前記第二の改質ユニット（３）内で発熱性逆反応に付され、そしてそこで生じた熱が、前記第二の改質ユニット（３）の冷却によって除去されることを特徴とする、前記燃料電池装置。
  7. 前記第二の改質ユニット（３）が、前記第一の改質ユニット群（４）から抜かれた燃料ガスを、外部から新たに供給された燃料ガスと一緒に受け入れるための予備改質器であることを特徴とする、請求項６の燃料電池装置。
  8. 前記第一の改質ユニット群（４）から抜かれた燃料ガスを前記第二の改質ユニット（３）に戻すために移送機構（５）が設けられていることを特徴とする、請求項６または７の燃料電池装置。
  9. 前記第一の改質ユニット群（４）から抜かれた燃料ガスを前記第二の改質ユニット（３）に戻すために設けられた移送機構（５）が、ポンプまたは側流路圧縮機であることを特徴とする、請求項８の燃料電池装置。
  10. 前記第二の改質装置（３）が、冷却の強さよる温度の調節によって逆反応を調節するよう設けられていることを特徴とする、請求項６、７、８または９の燃料電池装置。
JP2008510479A 2005-05-12 2006-05-09 燃料電池装置の運転方法及び燃料電池装置 Withdrawn JP2008541363A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005021981A DE102005021981B3 (de) 2005-05-12 2005-05-12 Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzellenanordnung und Brennstoffzellenanordnung
PCT/EP2006/004295 WO2006119952A1 (de) 2005-05-12 2006-05-09 Verfahren zum betrieb einer brennstoffzellenanordnung und brennstoffzellenanordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008541363A true JP2008541363A (ja) 2008-11-20

Family

ID=36716976

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008510479A Withdrawn JP2008541363A (ja) 2005-05-12 2006-05-09 燃料電池装置の運転方法及び燃料電池装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20090068509A1 (ja)
EP (1) EP1880441A1 (ja)
JP (1) JP2008541363A (ja)
KR (1) KR20080005998A (ja)
CN (1) CN100550495C (ja)
DE (1) DE102005021981B3 (ja)
WO (1) WO2006119952A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10381669B2 (en) * 2016-07-13 2019-08-13 Lg Fuel Cell Systems Inc. Steam reformer for in-block fuel cell reforming
CA3049509C (en) * 2017-01-31 2024-04-30 SOLIDpower SA Method and system for producing hydrogen, electricity and co-production

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02172159A (ja) * 1988-12-24 1990-07-03 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 溶融炭酸塩型燃料電池発電方法及び装置
DK162961C (da) * 1989-11-20 1992-05-25 Haldor Topsoe As Braendselscellekraftvaerk
JP2796181B2 (ja) * 1990-07-23 1998-09-10 三菱電機株式会社 燃料電池発電システム
JPH06325783A (ja) * 1993-05-11 1994-11-25 Toyo Eng Corp 内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池システム
DE4446841A1 (de) * 1994-12-27 1996-07-04 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennstoffzellenmodul
DE19826375A1 (de) * 1998-06-12 1999-12-16 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzelle mit CO¶2¶-Reformierung
CN1116501C (zh) * 1998-07-13 2003-07-30 诺尔斯海德公司 利用烃类原料生产电能、蒸汽和二氧化碳的工艺
DE19941724A1 (de) * 1998-09-14 2000-08-31 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzelle betrieben mit Brennstoffüberschuß
DK173897B1 (da) * 1998-09-25 2002-02-04 Topsoe Haldor As Fremgangsmåde til autotermisk reforming af et carbonhydridfødemateriale indeholdende højere carbonhydrider
US6190623B1 (en) * 1999-06-18 2001-02-20 Uop Llc Apparatus for providing a pure hydrogen stream for use with fuel cells
DE19934649A1 (de) * 1999-07-23 2001-01-25 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, insbesondere zum Einsatz in Brennstoffzellen, mittels Reformierung von Kohlenwasserstoffen
US6818198B2 (en) * 2002-09-23 2004-11-16 Kellogg Brown & Root, Inc. Hydrogen enrichment scheme for autothermal reforming
EP1403216B1 (en) * 2002-09-26 2011-03-23 Haldor Topsoe A/S Process for the preparation of synthesis gas
GB0314813D0 (en) * 2003-06-25 2003-07-30 Johnson Matthey Plc Reforming process

Also Published As

Publication number Publication date
US20090068509A1 (en) 2009-03-12
EP1880441A1 (de) 2008-01-23
DE102005021981B3 (de) 2006-10-26
WO2006119952A1 (de) 2006-11-16
CN101171716A (zh) 2008-04-30
KR20080005998A (ko) 2008-01-15
CN100550495C (zh) 2009-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6682838B2 (en) Integrated fuel processor, fuel cell stack, and tail gas oxidizer with carbon dioxide removal
JP5282103B2 (ja) 水素リサイクル型ｍｃｆｃ発電システム
AU2002338422A1 (en) Integrated fuel processor, fuel cell stack and tail gas oxidizer with carbon dioxide removal
TWI479729B (zh) 燃料電池系統及其操作方法
US20040126288A1 (en) Hydrogen generator for fuel cell
CA2619714A1 (en) Synthesis gas and carbon dioxide generation method
US6551732B1 (en) Use of fuel cell cathode effluent in a fuel reformer to produce hydrogen for the fuel cell anode
CA2763797A1 (en) Systems and processes of operating fuel cell systems
JPH04500948A (ja) アンモニア製造方法
US20130130134A1 (en) Solid oxide fuel cell steam reforming power system
JPH05163180A (ja) 炭化水素ガスを原料とするメタノール合成法
JP2001080904A (ja) 燃料改質器
JP2008541363A (ja) 燃料電池装置の運転方法及び燃料電池装置
JP3784751B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池システム
US20040177554A1 (en) WGS reactor incorporated with catalyzed heat exchanger for WGS reactor volume reduction
JP2000195534A (ja) 燃料電池システム
JP2004171892A (ja) 燃料電池用水素発生装置
JP2002208425A (ja) 燃料電池用燃料改質器
JP3983020B2 (ja) 燃料電池システムにおける改質装置の起動方法
WO2023190737A1 (ja) 燃料電池装置、及び燃料電池装置の運転方法
US20040148862A1 (en) WGS reactor incorporated with catalyzed heat exchanger for WGS reactor volume reduction
Irving et al. Catalytic micro-reactor systems for hydrogen generation
JP2002050386A (ja) 燃料電池用水素製造装置
JP2005174783A (ja) 固体高分子型燃料電池発電システム
JP2001146405A (ja) 燃料改質装置とその運転方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090205

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20091218