JP2832640B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池発電装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネ
ルギーに変換させるエネルギー部門で用いる燃料電池の
発電装置のうち、特に、溶融炭酸塩型燃料電池発電装置
に関するものである。
ルギーに変換させるエネルギー部門で用いる燃料電池の
発電装置のうち、特に、溶融炭酸塩型燃料電池発電装置
に関するものである。
［従来の技術］ 溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質として溶融炭酸塩を
多孔質物質にしみ込ませてなる電解質板を、カソード
（酸素極）とアノード（燃料極）を両電極で両面から挾
み、カソード側には酸化ガスを供給すると共にアノード
側に燃料ガスを供給することによりカソード側とアノー
ド側でそれぞれ反応を行わせるようにして発電が行われ
るようにしたものを１セルとし、各セルをセパレータを
介して多層に積層してスタックとするようにしてある。
多孔質物質にしみ込ませてなる電解質板を、カソード
（酸素極）とアノード（燃料極）を両電極で両面から挾
み、カソード側には酸化ガスを供給すると共にアノード
側に燃料ガスを供給することによりカソード側とアノー
ド側でそれぞれ反応を行わせるようにして発電が行われ
るようにしたものを１セルとし、各セルをセパレータを
介して多層に積層してスタックとするようにしてある。
かかる溶融炭酸塩型燃料電池のアノードに供給される
燃料ガスは、燃料として天然ガスが用いられる場合は天
然ガスを改質器で改質したものが用いられている。この
天然ガスの如き改質原料ガスを改質する改質器として
は、改質用触媒を充填した改質室とそれと伝熱隔壁を介
して配置された燃焼ガス室と燃焼用触媒を充填した触媒
燃焼器とから構成され、触媒燃焼器で生じた燃焼熱を伝
熱隔壁を介し改質室側に吸熱させ、改質室での吸熱反応
により改質原料ガスを改質するようにしてある外部改質
器のほかに、改質用触媒を充填した改質室を、燃料電池
のスタックの数セルごとに挿入配置し、電池反応により
生じた熱を吸熱して改質原料ガスを改質し、その原料ガ
スを各セルのアノードに供給するようにしてある間接内
部改質器がある。
燃料ガスは、燃料として天然ガスが用いられる場合は天
然ガスを改質器で改質したものが用いられている。この
天然ガスの如き改質原料ガスを改質する改質器として
は、改質用触媒を充填した改質室とそれと伝熱隔壁を介
して配置された燃焼ガス室と燃焼用触媒を充填した触媒
燃焼器とから構成され、触媒燃焼器で生じた燃焼熱を伝
熱隔壁を介し改質室側に吸熱させ、改質室での吸熱反応
により改質原料ガスを改質するようにしてある外部改質
器のほかに、改質用触媒を充填した改質室を、燃料電池
のスタックの数セルごとに挿入配置し、電池反応により
生じた熱を吸熱して改質原料ガスを改質し、その原料ガ
スを各セルのアノードに供給するようにしてある間接内
部改質器がある。
上記外部改質器と間接内部改質器とを組み合わせた従
来の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置としては、第６図に
概要を示す如く、電解質板１をカソード２とアノード３
の両電極で両面から挾み、カソード２側に酸化ガスを供
給すると共にアノード３側に燃料ガスを供給するように
してあるセルをセパレータを介し積層して構成するスタ
ックの数セルごとに、改質用触媒が充填してあって改質
原料ガスが一端側から流入して改質用触媒と接触した後
他端側から排出されるようにしてある改質室４を挿入配
置した構成の間接内部改質型燃料電池Ｉと、接触燃焼器
11と、改質室5aと燃焼ガス室5bとを伝熱隔壁を介して配
置してなる外部改質器５とを設置し、改質原料ガスとし
ての天然ガスNGが、天然ガス供給ライン６上の脱硫器７
で脱硫された後、蒸気供給ライン29により供給された過
熱蒸気と共に天然ガス予熱器８を経て燃料電池Ｉの改質
室４に供給され、該改質室４で燃料電池Ｉでの反応によ
り生じた熱を吸熱して一部の改質が行われた後、外部式
の改質器５の改質室5aに供給されるようにし、該改質器
５の改質室5aで改質された燃料ガスFGが燃料電池Ｉのア
ノード３に供給されるよう該アノード３の入口側に燃料
ガス供給ライン９を接続し、更に、アノード３から排出
されたアノード排ガスが改質器５の燃焼ガス室5bへアノ
ード排ガスライン10にて触媒燃焼器11を経て供給される
ようにする。一方、燃料電池Ｉのカソード２に供給する
酸化ガスとしての空気Ａは、フィルタ12を通り、空気供
給ライン13上の空気ブロワ14で加圧された後、上記改質
器５の燃焼ガス室5b出口側に接続された燃焼排ガスライ
ン15中の燃焼排ガスと空気予熱器16で熱交換して加熱さ
れて上記カソード２に供給されるようにし、該カソード
２から排出されたカソード排ガスは、カソード排ガスラ
イン17より一部はリサイクルライン18、リサイクル用ガ
スブロワ19を経て空気供給ライン13を通しカソード２に
リサイクルさせられるようにし、又、カソード排ガスの
一部は出口分岐ライン20より上記触媒燃焼器11を経て上
記改質器５の燃焼ガス室5bへ導入させるようにすると共
に、残りのカソード排ガスをカソード排ガスライン17よ
り蒸気過熱器21、蒸気発生器22、改質用蒸気発生器23を
経て大気へ放出させるようにしてある。又、上記空気の
予熱に供した改質器５の燃焼ガス室5bからの燃焼排ガス
は、凝縮器30を通して気液分離器24へ導くようにし、該
気液分離器24には、上水H2Oを水処理装置25で処理して
供給するようにしてあって、気液分離器24で分離された
水は、上水H2Oと共に給水ポンプ26で加圧され水処理装
置27を経て上記蒸気発生器22、改質用蒸気発生器22へ導
かれるようにし、且つ上記蒸気発生器22で発生した水蒸
気は水蒸気回収ライン28より回収できるようにすると共
に、上記改質用蒸気発生器23で発生した水蒸気は蒸気過
熱器21で過熱されて水蒸気ライン29より天然ガス供給ラ
イン６に導くようにし、又、余剰の改質用蒸気は改質器
５の燃焼ガス室5bからの燃焼排ガスと共に凝縮器30に導
かれ、凝縮するようにしてある。
来の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置としては、第６図に
概要を示す如く、電解質板１をカソード２とアノード３
の両電極で両面から挾み、カソード２側に酸化ガスを供
給すると共にアノード３側に燃料ガスを供給するように
してあるセルをセパレータを介し積層して構成するスタ
ックの数セルごとに、改質用触媒が充填してあって改質
原料ガスが一端側から流入して改質用触媒と接触した後
他端側から排出されるようにしてある改質室４を挿入配
置した構成の間接内部改質型燃料電池Ｉと、接触燃焼器
11と、改質室5aと燃焼ガス室5bとを伝熱隔壁を介して配
置してなる外部改質器５とを設置し、改質原料ガスとし
ての天然ガスNGが、天然ガス供給ライン６上の脱硫器７
で脱硫された後、蒸気供給ライン29により供給された過
熱蒸気と共に天然ガス予熱器８を経て燃料電池Ｉの改質
室４に供給され、該改質室４で燃料電池Ｉでの反応によ
り生じた熱を吸熱して一部の改質が行われた後、外部式
の改質器５の改質室5aに供給されるようにし、該改質器
５の改質室5aで改質された燃料ガスFGが燃料電池Ｉのア
ノード３に供給されるよう該アノード３の入口側に燃料
ガス供給ライン９を接続し、更に、アノード３から排出
されたアノード排ガスが改質器５の燃焼ガス室5bへアノ
ード排ガスライン10にて触媒燃焼器11を経て供給される
ようにする。一方、燃料電池Ｉのカソード２に供給する
酸化ガスとしての空気Ａは、フィルタ12を通り、空気供
給ライン13上の空気ブロワ14で加圧された後、上記改質
器５の燃焼ガス室5b出口側に接続された燃焼排ガスライ
ン15中の燃焼排ガスと空気予熱器16で熱交換して加熱さ
れて上記カソード２に供給されるようにし、該カソード
２から排出されたカソード排ガスは、カソード排ガスラ
イン17より一部はリサイクルライン18、リサイクル用ガ
スブロワ19を経て空気供給ライン13を通しカソード２に
リサイクルさせられるようにし、又、カソード排ガスの
一部は出口分岐ライン20より上記触媒燃焼器11を経て上
記改質器５の燃焼ガス室5bへ導入させるようにすると共
に、残りのカソード排ガスをカソード排ガスライン17よ
り蒸気過熱器21、蒸気発生器22、改質用蒸気発生器23を
経て大気へ放出させるようにしてある。又、上記空気の
予熱に供した改質器５の燃焼ガス室5bからの燃焼排ガス
は、凝縮器30を通して気液分離器24へ導くようにし、該
気液分離器24には、上水H2Oを水処理装置25で処理して
供給するようにしてあって、気液分離器24で分離された
水は、上水H2Oと共に給水ポンプ26で加圧され水処理装
置27を経て上記蒸気発生器22、改質用蒸気発生器22へ導
かれるようにし、且つ上記蒸気発生器22で発生した水蒸
気は水蒸気回収ライン28より回収できるようにすると共
に、上記改質用蒸気発生器23で発生した水蒸気は蒸気過
熱器21で過熱されて水蒸気ライン29より天然ガス供給ラ
イン６に導くようにし、又、余剰の改質用蒸気は改質器
５の燃焼ガス室5bからの燃焼排ガスと共に凝縮器30に導
かれ、凝縮するようにしてある。
上記した間接内部改質型の燃料電池の場合は、燃料電
池Ｉの電池反応により発生した熱が、改質室４の吸熱に
よる改質作用によって除熱されると同時に、カソード排
ガスの顕熱によって除熱されるため、内部改質室５のな
い燃料電池の場合に比して電池の除熱のためのガス量を
少なくすることができる。
池Ｉの電池反応により発生した熱が、改質室４の吸熱に
よる改質作用によって除熱されると同時に、カソード排
ガスの顕熱によって除熱されるため、内部改質室５のな
い燃料電池の場合に比して電池の除熱のためのガス量を
少なくすることができる。
［発明が解決しようとする課題］ ところが、第６図に示した従来の溶融炭酸塩型燃料電
池発電装置において、発電システムの送電端効率を高め
るためには、アノード３での燃料利用率を高める必要が
あるが、電池のセル積層方向では第４図に示す如く、各
段のセルの流量が必ずしも均一になるわけではなく、
又、１セル面内でも第５図に示す如く、電極面積が大き
くなると燃料の流量配分が不均一になることがある。セ
ルに流す流量が少ないほど流量配分の不均一は生じやす
い。それからの流量不均一は、燃料利用率の高い条件で
はセルの一部分に燃料不足を生じさせ、電圧低下の原因
となる。したがって、従来、電池を安定した状態で運転
しようとすると、燃料利用率を或る値以下にしなければ
ならなかった。しかも、従来の発電装置では、電池の発
熱を改質室４での吸熱による改質反応とカソード排ガス
の顕熱による冷却作用によって除熱するようにしてある
ため、燃料電池に供給するガスは除熱量の関係から燃料
電池に流すガス量は少なく、CO2、O2の利用率から決ま
る最小流量となると共に、電池のセルスタックを複数と
考えた場合、従来の燃料電池は並列配置となるため、電
池セルを通過するガス量を多くすることができず、これ
に伴い、電池の入口側と出口側の温度差が大きくなって
電池セルの入口側温度を余り高くすることができなくな
り、電池運転温度をあげることができないで、発電効率
を向上させることができない。又、電池セルの入口側温
度を高くできないことからアノード入口において炭素析
出の懸念があり、これを防止するためにS/C比（水蒸気
／炭素モル比）を小さくすることができず、電池入口温
度570℃程度で通常S/C＝３程度が採用されているのが実
状である。
池発電装置において、発電システムの送電端効率を高め
るためには、アノード３での燃料利用率を高める必要が
あるが、電池のセル積層方向では第４図に示す如く、各
段のセルの流量が必ずしも均一になるわけではなく、
又、１セル面内でも第５図に示す如く、電極面積が大き
くなると燃料の流量配分が不均一になることがある。セ
ルに流す流量が少ないほど流量配分の不均一は生じやす
い。それからの流量不均一は、燃料利用率の高い条件で
はセルの一部分に燃料不足を生じさせ、電圧低下の原因
となる。したがって、従来、電池を安定した状態で運転
しようとすると、燃料利用率を或る値以下にしなければ
ならなかった。しかも、従来の発電装置では、電池の発
熱を改質室４での吸熱による改質反応とカソード排ガス
の顕熱による冷却作用によって除熱するようにしてある
ため、燃料電池に供給するガスは除熱量の関係から燃料
電池に流すガス量は少なく、CO2、O2の利用率から決ま
る最小流量となると共に、電池のセルスタックを複数と
考えた場合、従来の燃料電池は並列配置となるため、電
池セルを通過するガス量を多くすることができず、これ
に伴い、電池の入口側と出口側の温度差が大きくなって
電池セルの入口側温度を余り高くすることができなくな
り、電池運転温度をあげることができないで、発電効率
を向上させることができない。又、電池セルの入口側温
度を高くできないことからアノード入口において炭素析
出の懸念があり、これを防止するためにS/C比（水蒸気
／炭素モル比）を小さくすることができず、電池入口温
度570℃程度で通常S/C＝３程度が採用されているのが実
状である。
上記炭素析出を防止する目的で、セルの運転温度が低
いままアノードの供給ガス温度だけを高くして、アノー
ド入口温度を高くしようとしても、第７図に示す如く、
セル内でカソード側の低温ガスにより冷却されて直ちに
温度が下がるので、炭素析出の問題が残って余り効果が
ないと同時に、入口でアノード、カソード間の温度差が
大きくなり、熱応力的に問題となる。
いままアノードの供給ガス温度だけを高くして、アノー
ド入口温度を高くしようとしても、第７図に示す如く、
セル内でカソード側の低温ガスにより冷却されて直ちに
温度が下がるので、炭素析出の問題が残って余り効果が
ないと同時に、入口でアノード、カソード間の温度差が
大きくなり、熱応力的に問題となる。
そこで、本発明は、燃料電池発電装置におけるワンパ
スの燃料利用率が低くてもトータルとしての燃料利用率
を向上させて送電端効率を高められるようにすると共
に、燃料の流量配分を改善できるようにし、又、電池セ
ルの運転温度を高くしてセルの効率を向上させ、且つS/
Cを低くすることができるようにしようとするものであ
る。
スの燃料利用率が低くてもトータルとしての燃料利用率
を向上させて送電端効率を高められるようにすると共
に、燃料の流量配分を改善できるようにし、又、電池セ
ルの運転温度を高くしてセルの効率を向上させ、且つS/
Cを低くすることができるようにしようとするものであ
る。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決するために、間接内部改質
型の溶融炭酸塩型燃料電池を複数個配置して直列に接続
し、改質原料ガスを、上流側の燃料電池における改質
室、下流側の燃料電池における改質室を経て外部改質器
の改質室に供給するよう改質原料ガス供給ラインを設け
ると共に、上記改質器の改質室の出口側を上流側の燃料
電池のアノード入口側に接続し、且つ下流側の燃料電池
のアノードとカソードの各出口側を触媒燃焼器を介して
上記改質器の燃焼ガス室入口側に接続してなる構成とす
る。又、外部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池と間接内部
改質型の溶融炭酸塩型燃料電池を配置して直列に接続
し、間接内部改質型の燃料電池を上流側又は下流側とし
て、改質原料ガスを該間接内部改質型の燃料電池におけ
る改質室を通して外部改質器の改質室に供給するよう改
質原料ガス供給ラインを設けると共に、上記改質器の改
質室の出口側を上流側の燃料電池のアノード入口側に接
続し、且つ下流側の燃料電池のアノードとカソードの各
出口側を触媒燃焼器を介して上記改質器の燃焼ガス室入
口側に接続してなる構成としてもよい。
型の溶融炭酸塩型燃料電池を複数個配置して直列に接続
し、改質原料ガスを、上流側の燃料電池における改質
室、下流側の燃料電池における改質室を経て外部改質器
の改質室に供給するよう改質原料ガス供給ラインを設け
ると共に、上記改質器の改質室の出口側を上流側の燃料
電池のアノード入口側に接続し、且つ下流側の燃料電池
のアノードとカソードの各出口側を触媒燃焼器を介して
上記改質器の燃焼ガス室入口側に接続してなる構成とす
る。又、外部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池と間接内部
改質型の溶融炭酸塩型燃料電池を配置して直列に接続
し、間接内部改質型の燃料電池を上流側又は下流側とし
て、改質原料ガスを該間接内部改質型の燃料電池におけ
る改質室を通して外部改質器の改質室に供給するよう改
質原料ガス供給ラインを設けると共に、上記改質器の改
質室の出口側を上流側の燃料電池のアノード入口側に接
続し、且つ下流側の燃料電池のアノードとカソードの各
出口側を触媒燃焼器を介して上記改質器の燃焼ガス室入
口側に接続してなる構成としてもよい。
［作用］ 間接内部改質型の燃料電池を複数個直列に接続する
と、各燃料電池ごとに電池反応により発生した熱を、カ
ソード排ガスの顕熱と改質室での吸熱による改質反応に
より除熱できるので、各燃料電池に流すガス量は少なく
できるが、複数の燃料電池を全体として考えた場合、必
要なCO2、O2量は一定であるので、燃料電池を直列に接
続した場合は、複数の燃料電池を並列に接続して個々の
燃料電池に流しているガス量のトータルガス量と同じ量
を上流側の燃料電池に流すことが必要となる。これによ
りアノードを通過するガス量が多くなってガスの流量配
分が改善されると共に、電池入口と出口の温度差を小さ
くすることができて電池入口温度を高くすることがで
き、これに伴い電池運転温度を高くできて発電効率を向
上でき、又、電池入口温度を高くすることができると、
炭素析出条件を緩和できるので、S/Cを小さくすること
できて、アノードでの燃料濃度が高まり、システムの効
率を高めることができる。且つS/Cの低下により蒸気消
費量が減るので回収蒸気量が増大する。又、複数個の燃
料電池を直列に接続しているので、上流側の燃料電池の
アノードでは燃料利用率が低くても未利用の燃料は下流
側の燃料電池のアノードで利用されるので、トータルと
しての燃料利用率を高めることができる。
と、各燃料電池ごとに電池反応により発生した熱を、カ
ソード排ガスの顕熱と改質室での吸熱による改質反応に
より除熱できるので、各燃料電池に流すガス量は少なく
できるが、複数の燃料電池を全体として考えた場合、必
要なCO2、O2量は一定であるので、燃料電池を直列に接
続した場合は、複数の燃料電池を並列に接続して個々の
燃料電池に流しているガス量のトータルガス量と同じ量
を上流側の燃料電池に流すことが必要となる。これによ
りアノードを通過するガス量が多くなってガスの流量配
分が改善されると共に、電池入口と出口の温度差を小さ
くすることができて電池入口温度を高くすることがで
き、これに伴い電池運転温度を高くできて発電効率を向
上でき、又、電池入口温度を高くすることができると、
炭素析出条件を緩和できるので、S/Cを小さくすること
できて、アノードでの燃料濃度が高まり、システムの効
率を高めることができる。且つS/Cの低下により蒸気消
費量が減るので回収蒸気量が増大する。又、複数個の燃
料電池を直列に接続しているので、上流側の燃料電池の
アノードでは燃料利用率が低くても未利用の燃料は下流
側の燃料電池のアノードで利用されるので、トータルと
しての燃料利用率を高めることができる。
又、直列に接続した上流側と下流側の燃料電池のう
ち、いずれか一方、たとえば、上流側の燃料電池のみを
間接内部改質型とすると、下流側の燃料電池の反応熱は
改質に使えなくなり、これによって上流側の燃料電池の
必要除熱量は極端に減少する。そこに全燃料電池に必要
なガスを流すことになるので、ガスの入口、出口の温度
差が小さくなり、燃料電池の運転温度は並列配置の時の
出口側温度に近づいてくる。すなわち、燃料電池の運転
温度は非常に高くなるので、電池性能が向上すると同時
にS/Cが低くても炭素析出を防止することができる。上
流側のセル数を更に減らし、下流側に移すと、上流側燃
料電池の必要除熱量はマイナスとなり、流すガスは除熱
のためから加熱のためのものとなる。これは電解質揮散
の防止に効果がある。又、上流側の燃料電池のアノード
反応でH2OとCO2が生成され、これが下流側燃料電池のア
ノードに供給されるので、下流側のアノード入口での炭
素析出の問題は発生せず、したがって、S/Cをより小さ
くすることができる。
ち、いずれか一方、たとえば、上流側の燃料電池のみを
間接内部改質型とすると、下流側の燃料電池の反応熱は
改質に使えなくなり、これによって上流側の燃料電池の
必要除熱量は極端に減少する。そこに全燃料電池に必要
なガスを流すことになるので、ガスの入口、出口の温度
差が小さくなり、燃料電池の運転温度は並列配置の時の
出口側温度に近づいてくる。すなわち、燃料電池の運転
温度は非常に高くなるので、電池性能が向上すると同時
にS/Cが低くても炭素析出を防止することができる。上
流側のセル数を更に減らし、下流側に移すと、上流側燃
料電池の必要除熱量はマイナスとなり、流すガスは除熱
のためから加熱のためのものとなる。これは電解質揮散
の防止に効果がある。又、上流側の燃料電池のアノード
反応でH2OとCO2が生成され、これが下流側燃料電池のア
ノードに供給されるので、下流側のアノード入口での炭
素析出の問題は発生せず、したがって、S/Cをより小さ
くすることができる。
一方、直列に接続した上流側と下流側の燃料電池のう
ち、下流側の燃料電池を間接内部改質型にすると、下流
側の燃料電池の除熱量が減少し、バランスによってはマ
イナスとすることもできるので上流側燃料電池の排気ガ
スを冷却せず、そのまま下流側の燃料電池に入れること
ができる。
ち、下流側の燃料電池を間接内部改質型にすると、下流
側の燃料電池の除熱量が減少し、バランスによってはマ
イナスとすることもできるので上流側燃料電池の排気ガ
スを冷却せず、そのまま下流側の燃料電池に入れること
ができる。
［実 施 例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例を示すもので、第６図に示
した従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置と同様な構成
において、間接内部改質型とした溶融炭酸塩型燃料電池
を２個直列に接続した場合について示す。
した従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置と同様な構成
において、間接内部改質型とした溶融炭酸塩型燃料電池
を２個直列に接続した場合について示す。
すなわち、電解質板１をカソード２とアノード３の両
電極で両面から挾んでカソード２側に酸化ガスとして空
気Ａを、又、アノード３側に燃料ガスFGをそれぞれ供給
するようにしてあるセルを図示しないセパレータを介し
多層に積層してスタックとする場合に、たとえば、上記
セルを５層積層するごとに、内部に改質用触媒を充填し
て改質原料ガスが内部を通過できるようにしてある改質
室４を介在させて５セル/1改質室型とし、電池反応で生
じた熱を吸熱して改質反応が行われるようにしてある間
接内部改質型の燃料電池ＩとIIを設置して、上流側の間
接内部改質型燃料電池Ｉの改質室４と下流側の間接内部
改質型燃料電池IIの改質室４とを直列に接続して、上流
側と下流側の改質室４と４を経た後、一部改質された原
料ガスとしての天然ガスNGが外部改質器５の改質室5aに
供給されるようにすると共に、上流側の間接内部改質型
燃料電池Ｉのアノード３と下流側の間接内部改質型燃料
電池IIのアノード３とを直列に接続して、上記外部改質
器５の改質室5aで改質された燃料ガスが上流側の間接内
部改質型燃料電池Ｉのアノード３に供給されると、該ア
ノード３と下流側の間接内部改質型燃料電池IIのアノー
ド３の順で燃料が利用されて、下流側の間接内部改質型
燃料電池IIのアノード３から排出されたアノード排ガス
が、下流側の間接内部改質型燃料電池IIのカソード２か
ら排出されたカソード排ガスの一部とともに触媒燃焼器
11を経て上記改質器５の燃焼ガス室5bに供給されるよう
にする。一方、上流側の間接内部改質型燃料電池Ｉのカ
ソード２と下流側の間接内部改質型燃料電池IIのカソー
ド２とを冷却器31を介して接続し、上流側の間接内部改
質型燃料電池Ｉのカソード２を出たカソード排ガスが冷
却器31で冷却されてから下流側の間接内部改質型燃料電
池IIのカソード２へ供給されるようにし、該下流側の間
接内部改質型燃料電池IIから排出されたカソード排ガス
の一部が、リサイクルライン18、リサイクル用ガスブロ
ワ19を経て上流側のカソード２へリサイクルされ、他の
一部のカソード排ガスは出口分岐ライン20より上記触媒
燃焼器11を経て改質器５の燃焼ガス室5bへ導入され、残
りのカソード排ガスがカソード排ガスライン17より蒸気
過熱器21へと導かれるようにしてある。その他の構成
は、第６図のものと同じであり、同一のものには同一の
符号が付してある。
電極で両面から挾んでカソード２側に酸化ガスとして空
気Ａを、又、アノード３側に燃料ガスFGをそれぞれ供給
するようにしてあるセルを図示しないセパレータを介し
多層に積層してスタックとする場合に、たとえば、上記
セルを５層積層するごとに、内部に改質用触媒を充填し
て改質原料ガスが内部を通過できるようにしてある改質
室４を介在させて５セル/1改質室型とし、電池反応で生
じた熱を吸熱して改質反応が行われるようにしてある間
接内部改質型の燃料電池ＩとIIを設置して、上流側の間
接内部改質型燃料電池Ｉの改質室４と下流側の間接内部
改質型燃料電池IIの改質室４とを直列に接続して、上流
側と下流側の改質室４と４を経た後、一部改質された原
料ガスとしての天然ガスNGが外部改質器５の改質室5aに
供給されるようにすると共に、上流側の間接内部改質型
燃料電池Ｉのアノード３と下流側の間接内部改質型燃料
電池IIのアノード３とを直列に接続して、上記外部改質
器５の改質室5aで改質された燃料ガスが上流側の間接内
部改質型燃料電池Ｉのアノード３に供給されると、該ア
ノード３と下流側の間接内部改質型燃料電池IIのアノー
ド３の順で燃料が利用されて、下流側の間接内部改質型
燃料電池IIのアノード３から排出されたアノード排ガス
が、下流側の間接内部改質型燃料電池IIのカソード２か
ら排出されたカソード排ガスの一部とともに触媒燃焼器
11を経て上記改質器５の燃焼ガス室5bに供給されるよう
にする。一方、上流側の間接内部改質型燃料電池Ｉのカ
ソード２と下流側の間接内部改質型燃料電池IIのカソー
ド２とを冷却器31を介して接続し、上流側の間接内部改
質型燃料電池Ｉのカソード２を出たカソード排ガスが冷
却器31で冷却されてから下流側の間接内部改質型燃料電
池IIのカソード２へ供給されるようにし、該下流側の間
接内部改質型燃料電池IIから排出されたカソード排ガス
の一部が、リサイクルライン18、リサイクル用ガスブロ
ワ19を経て上流側のカソード２へリサイクルされ、他の
一部のカソード排ガスは出口分岐ライン20より上記触媒
燃焼器11を経て改質器５の燃焼ガス室5bへ導入され、残
りのカソード排ガスがカソード排ガスライン17より蒸気
過熱器21へと導かれるようにしてある。その他の構成
は、第６図のものと同じであり、同一のものには同一の
符号が付してある。
天然ガスNGは、脱硫器７を経た後水蒸気ライン29から
供給される過熱水蒸気と共に、天然ガス予熱器８を経て
上流側の間接内部改質型燃料電池Ｉの改質室４の入口側
へ供給され、該改質室４で改質反応が行われた後、下流
側の間接内部改質型燃料電池IIの改質室４へ導かれて、
ここでも改質反応が行われて改質器５の改質室5aに供給
される。改質器５の改質室5aで最終的に改質されて得ら
れた燃料ガスFGは上流側の間接内部改質型燃料電池Ｉの
アノード３に供給される。一方、上流側の間接内部改質
型燃料電池Ｉのカソード２には、空気供給ライン13より
高温の空気Ａが供給される。カソード２側では、 CO2＋1/2O2＋2e→CO3 -- の反応が行われて、炭酸イオンCO3 --が生成され、この
炭酸イオンCO3 --が電解質板１中を通してアノード３側
へ達するので、アノード３側では、燃料ガスFGが上記炭
酸イオンCO3 --と接触するので、 CO3 --＋H2→CO2＋H2O＋2e- CO3 --CO→2CO2＋2e- の反応が行われて燃料の利用が図られる。上記上流側の
間接内部改質型燃料電池Ｉのアノード３から排出された
アノード排ガスは、そのまま下流側の間接内部改質型燃
料電池IIのアノード３に供給され、ここで上流側の燃料
電池のアノード３で未利用の燃料を利用した反応が行わ
れて排出され、触媒燃焼器11を経て改質器５の燃料ガス
室5bへ供給される。
供給される過熱水蒸気と共に、天然ガス予熱器８を経て
上流側の間接内部改質型燃料電池Ｉの改質室４の入口側
へ供給され、該改質室４で改質反応が行われた後、下流
側の間接内部改質型燃料電池IIの改質室４へ導かれて、
ここでも改質反応が行われて改質器５の改質室5aに供給
される。改質器５の改質室5aで最終的に改質されて得ら
れた燃料ガスFGは上流側の間接内部改質型燃料電池Ｉの
アノード３に供給される。一方、上流側の間接内部改質
型燃料電池Ｉのカソード２には、空気供給ライン13より
高温の空気Ａが供給される。カソード２側では、 CO2＋1/2O2＋2e→CO3 -- の反応が行われて、炭酸イオンCO3 --が生成され、この
炭酸イオンCO3 --が電解質板１中を通してアノード３側
へ達するので、アノード３側では、燃料ガスFGが上記炭
酸イオンCO3 --と接触するので、 CO3 --＋H2→CO2＋H2O＋2e- CO3 --CO→2CO2＋2e- の反応が行われて燃料の利用が図られる。上記上流側の
間接内部改質型燃料電池Ｉのアノード３から排出された
アノード排ガスは、そのまま下流側の間接内部改質型燃
料電池IIのアノード３に供給され、ここで上流側の燃料
電池のアノード３で未利用の燃料を利用した反応が行わ
れて排出され、触媒燃焼器11を経て改質器５の燃料ガス
室5bへ供給される。
上記において、上流側及び下流側の燃料電池I,IIは、
いずれも間接内部改質型のものであるため、電池反応に
より発生した熱を、カソード排ガスの顕熱と、改質室４
での改質反応における吸熱作用とによって除熱すること
ができるので、カソード排ガスの顕熱のみで除熱を行わ
せる通常の燃料電池の場合に比して除熱のためのガス量
を基本的には少なくすることができ、これによりカソー
ド２に流す空気の絶対量も基本的には少なくなる。但し
この場合、複数個の燃料電池を並列配置とした場合に個
々の燃料電池に流すガス量を、カソード排ガスの顕熱の
みで電池熱の除熱を行わせる場合のガス量の半分、すな
わち、0.5ずつとすると、燃料電池を直列配置とした場
合は上記並列配置の場合に流すトータルのガス量を流す
ことが可能となって、0.5＋0.5＝１の量が流せることに
なる。特に燃料電池のアノードに供給されるガス量はカ
ソード排ガスに比較して通常流量が少ないので、流量配
分の均一性が劣っているが、燃料電池I,IIを直列に接続
すると、上述のように燃料電池の並列配置の場合に比し
て各セルを通過するアノード排ガス量は直列配置の方が
増大するので、アノード排ガスの流量配分が改善される
ことになる。又、燃料電池ＩとIIを直列配置にすると、
上流側の間接内部改質型燃料電池Ｉのカソード２の出口
側に冷却器31を設置して該冷却器31で冷却したカソード
排ガスを下流側の間接内部改質型燃料電池IIのカソード
２に供給することにより上流側のカソード排ガス量をそ
のまま下流側のカソード２へ流せるので、燃料電池を並
列に配置した場合に各カソードに個々にガスを流すとき
のトータルガス量に比して、CO2、O2の必要量を確保で
きる範囲内でトータルのガス流量を少なくすることが可
能となり、かかるカソード排ガス量の減少に伴いカソー
ド排ガス中のCO2濃度が高くなり電池電圧が上がると共
にリサイクル用ガスブロワ19の動力も削減できることに
なる。更に、燃料電池ＩとIIを直列配置として、燃料電
池を並列配置して個々の燃料電池に流すガス量のトータ
ルガス量と同じ量のカソード排ガス流量とすると、前記
したように直列配置の方がガス流量が増大する。この
際、各セルでの発熱量を同じとすると、ガス流量が多い
分だけ電池セルの入口側と出口側の温度差を小さくする
ことができる。電池セルの出口温度を上げることは、電
解質がロスする関係で好ましくないので、電池セルの出
口温度を同じとすると、燃料電池を直列配置とした場合
は入口側の温度を高くすることができ、電池の運転温度
を高くすることができて、電池電圧が高くなり、発電効
率の向上が図れることになる。又、電池の運転温度を高
くすると、アノード入口での炭素析出反応（2CO→CO2＋
Ｃ）が起こりにくいので、電池の運転温度を高くしてS/
C比を低くすることができ、これに伴い、改質に必要な
水蒸気量を少なくしてS/Cを小さくするようにしても、
アノード入口での炭素析出の懸念がないので、改質用水
蒸気量を低減できて燃料濃度が高まりシステムの効率を
高めることができると共に、回収蒸気量が増大できる。
更に又、間接内部改質型の燃料電池ＩとIIを直列に接続
して、上流側の燃料電池Ｉのアノード３からのアノード
排ガスをそのまま下流側の燃料電池IIのアノード３に供
給して、上流側のアノードで未利用の燃料を利用して下
流側のアノードで反応が行われるようにしてあるので、
たとえば、上流側と下流側の各燃料電池I,IIのアノード
３での燃料利用率をともに70％とすると、 燃料電池Ｉでは、 100％×0.7＝70％ 燃料電池IIでは、 （100−70）％×0.7＝21％ となり、トータルでは91％という高い燃料利用率が得ら
れることになる。このように燃料利用率を高くすること
ができることから、システムの送電端効率を高くするこ
とが可能となるが、この場合に、直列接続した複数の燃
料電池I,IIのワンパスの燃料利用率は上記した如く高く
する必要がないので、第４図や第５図に示す如くセルの
積層方向、セル面内での燃料の流量配分に不均一が生じ
ていても、部分的に燃料不足を来たして電圧低下を招く
ことはない。
いずれも間接内部改質型のものであるため、電池反応に
より発生した熱を、カソード排ガスの顕熱と、改質室４
での改質反応における吸熱作用とによって除熱すること
ができるので、カソード排ガスの顕熱のみで除熱を行わ
せる通常の燃料電池の場合に比して除熱のためのガス量
を基本的には少なくすることができ、これによりカソー
ド２に流す空気の絶対量も基本的には少なくなる。但し
この場合、複数個の燃料電池を並列配置とした場合に個
々の燃料電池に流すガス量を、カソード排ガスの顕熱の
みで電池熱の除熱を行わせる場合のガス量の半分、すな
わち、0.5ずつとすると、燃料電池を直列配置とした場
合は上記並列配置の場合に流すトータルのガス量を流す
ことが可能となって、0.5＋0.5＝１の量が流せることに
なる。特に燃料電池のアノードに供給されるガス量はカ
ソード排ガスに比較して通常流量が少ないので、流量配
分の均一性が劣っているが、燃料電池I,IIを直列に接続
すると、上述のように燃料電池の並列配置の場合に比し
て各セルを通過するアノード排ガス量は直列配置の方が
増大するので、アノード排ガスの流量配分が改善される
ことになる。又、燃料電池ＩとIIを直列配置にすると、
上流側の間接内部改質型燃料電池Ｉのカソード２の出口
側に冷却器31を設置して該冷却器31で冷却したカソード
排ガスを下流側の間接内部改質型燃料電池IIのカソード
２に供給することにより上流側のカソード排ガス量をそ
のまま下流側のカソード２へ流せるので、燃料電池を並
列に配置した場合に各カソードに個々にガスを流すとき
のトータルガス量に比して、CO2、O2の必要量を確保で
きる範囲内でトータルのガス流量を少なくすることが可
能となり、かかるカソード排ガス量の減少に伴いカソー
ド排ガス中のCO2濃度が高くなり電池電圧が上がると共
にリサイクル用ガスブロワ19の動力も削減できることに
なる。更に、燃料電池ＩとIIを直列配置として、燃料電
池を並列配置して個々の燃料電池に流すガス量のトータ
ルガス量と同じ量のカソード排ガス流量とすると、前記
したように直列配置の方がガス流量が増大する。この
際、各セルでの発熱量を同じとすると、ガス流量が多い
分だけ電池セルの入口側と出口側の温度差を小さくする
ことができる。電池セルの出口温度を上げることは、電
解質がロスする関係で好ましくないので、電池セルの出
口温度を同じとすると、燃料電池を直列配置とした場合
は入口側の温度を高くすることができ、電池の運転温度
を高くすることができて、電池電圧が高くなり、発電効
率の向上が図れることになる。又、電池の運転温度を高
くすると、アノード入口での炭素析出反応（2CO→CO2＋
Ｃ）が起こりにくいので、電池の運転温度を高くしてS/
C比を低くすることができ、これに伴い、改質に必要な
水蒸気量を少なくしてS/Cを小さくするようにしても、
アノード入口での炭素析出の懸念がないので、改質用水
蒸気量を低減できて燃料濃度が高まりシステムの効率を
高めることができると共に、回収蒸気量が増大できる。
更に又、間接内部改質型の燃料電池ＩとIIを直列に接続
して、上流側の燃料電池Ｉのアノード３からのアノード
排ガスをそのまま下流側の燃料電池IIのアノード３に供
給して、上流側のアノードで未利用の燃料を利用して下
流側のアノードで反応が行われるようにしてあるので、
たとえば、上流側と下流側の各燃料電池I,IIのアノード
３での燃料利用率をともに70％とすると、 燃料電池Ｉでは、 100％×0.7＝70％ 燃料電池IIでは、 （100−70）％×0.7＝21％ となり、トータルでは91％という高い燃料利用率が得ら
れることになる。このように燃料利用率を高くすること
ができることから、システムの送電端効率を高くするこ
とが可能となるが、この場合に、直列接続した複数の燃
料電池I,IIのワンパスの燃料利用率は上記した如く高く
する必要がないので、第４図や第５図に示す如くセルの
積層方向、セル面内での燃料の流量配分に不均一が生じ
ていても、部分的に燃料不足を来たして電圧低下を招く
ことはない。
次に、第２図は本発明の他の実施例を示すもので、電
解質板１をカソード２とアノード３の両電極で両面から
挾んでなるセルをセパレータを介して多層に積層する場
合に、第１図に示した実施例におけるセルを５層積層す
るごとに改質室４を介在させるようにした５セル/1改質
室型に代え、セルを３層積層するごとに改質室４を介在
させてスタックとした構成の３セル/1改質室型とした間
接内部改質型燃料電池Ｉと、上記の少なくしたセルを積
層した構成の間接内部改質型でない通常の燃料電池III
とに分けて設置し、両燃料電池ＩとIIIを直列に接続し
て、間接内部改質型燃料電池Ｉを上流側とし、天然ガス
NGは、過熱水蒸気と共に天然ガス供給ライン６により間
接内部改質型燃料電池Ｉの改質室４を経て改質器５の改
質室5aに供給するようにし、該改質器５の改質室5aで改
質された燃料ガスFGが上流側の燃料電池Ｉのアノード３
に供給され、該アノード３から下流側の燃料電池IIIの
アノード３へ導かれるようにし、又、上流側の燃料電池
Ｉのカソード２に供給された空気Ａは、該カソード２か
ら排出されると冷却器31で冷却されて下流側の燃料電池
IIIのカソード２へ供給されるようにしたものであり、
その他の構成は第１図のものと同じである。
解質板１をカソード２とアノード３の両電極で両面から
挾んでなるセルをセパレータを介して多層に積層する場
合に、第１図に示した実施例におけるセルを５層積層す
るごとに改質室４を介在させるようにした５セル/1改質
室型に代え、セルを３層積層するごとに改質室４を介在
させてスタックとした構成の３セル/1改質室型とした間
接内部改質型燃料電池Ｉと、上記の少なくしたセルを積
層した構成の間接内部改質型でない通常の燃料電池III
とに分けて設置し、両燃料電池ＩとIIIを直列に接続し
て、間接内部改質型燃料電池Ｉを上流側とし、天然ガス
NGは、過熱水蒸気と共に天然ガス供給ライン６により間
接内部改質型燃料電池Ｉの改質室４を経て改質器５の改
質室5aに供給するようにし、該改質器５の改質室5aで改
質された燃料ガスFGが上流側の燃料電池Ｉのアノード３
に供給され、該アノード３から下流側の燃料電池IIIの
アノード３へ導かれるようにし、又、上流側の燃料電池
Ｉのカソード２に供給された空気Ａは、該カソード２か
ら排出されると冷却器31で冷却されて下流側の燃料電池
IIIのカソード２へ供給されるようにしたものであり、
その他の構成は第１図のものと同じである。
この実施例では、上流側の燃料電池Ｉは第１図の間接
内部改質型燃料電池に比べ改質器が相対的に多いため、
電池反応で発生した熱は、カソード２を通過するカソー
ド排ガスの顕熱で除去する分は少なく、改質室４での改
質反応における吸熱により大部分除去されることになる
ので、必要なCO2、O2量を確保できる範囲内でカソード
２への供給ガス量を少なくすることができる。この場合
に、上流側の燃料電池Ｉでは、セル数を少なくしている
ので、発熱量はそれだけ小さくなり、したがって、必要
なCO2、O2の確保という観点から逆にガス流量を一定と
すれば、入口側、出口側の温度差を小さくすることがで
きて、セル入口側の温度を高くすることができる。一
方、下流側の燃料電池IIIは間接内部改質型ではないの
で、電池熱をカソード排ガスの顕熱のみで除去しなけれ
ばならず、そのために電池入口側と出口側の温度差をつ
ける必要があるが、下流側の燃料電池IIIは上流側に比
べて反応量が少ないことと、上流側のカソード２から出
たカソード排ガスは冷却器31により冷却されてから下流
側のカソード２に供給されるので、電池熱の除熱を充分
に行うことができる。一方、上流側の燃料電池Ｉのアノ
ード３から排出されたガスは、該アノード３での反応に
より生成されたCO2とH2Oのほかに未利用の燃料を含んで
いるので、下流側の燃料電池IIIのアノード３では、上
流側での未利用の燃料を利用した反応が行われて排出さ
れ、カソード排出ガスとともに触媒燃料器11を経て改質
器５の燃焼ガス室5bに導入される。下流側の燃料電池II
Iのアノード３に入るアノード排ガスには、上記のよう
に上流側のアノード３での反応により生成されたCO2とH
2Oが多く含まれていて、炭素析出反応を起こしにくいガ
ス組成となっているので、アノード入口側の温度を高く
する必要がなく、したがって、改質器へ供給する原料ガ
スのS/Cをより小さくした運転ができる。
内部改質型燃料電池に比べ改質器が相対的に多いため、
電池反応で発生した熱は、カソード２を通過するカソー
ド排ガスの顕熱で除去する分は少なく、改質室４での改
質反応における吸熱により大部分除去されることになる
ので、必要なCO2、O2量を確保できる範囲内でカソード
２への供給ガス量を少なくすることができる。この場合
に、上流側の燃料電池Ｉでは、セル数を少なくしている
ので、発熱量はそれだけ小さくなり、したがって、必要
なCO2、O2の確保という観点から逆にガス流量を一定と
すれば、入口側、出口側の温度差を小さくすることがで
きて、セル入口側の温度を高くすることができる。一
方、下流側の燃料電池IIIは間接内部改質型ではないの
で、電池熱をカソード排ガスの顕熱のみで除去しなけれ
ばならず、そのために電池入口側と出口側の温度差をつ
ける必要があるが、下流側の燃料電池IIIは上流側に比
べて反応量が少ないことと、上流側のカソード２から出
たカソード排ガスは冷却器31により冷却されてから下流
側のカソード２に供給されるので、電池熱の除熱を充分
に行うことができる。一方、上流側の燃料電池Ｉのアノ
ード３から排出されたガスは、該アノード３での反応に
より生成されたCO2とH2Oのほかに未利用の燃料を含んで
いるので、下流側の燃料電池IIIのアノード３では、上
流側での未利用の燃料を利用した反応が行われて排出さ
れ、カソード排出ガスとともに触媒燃料器11を経て改質
器５の燃焼ガス室5bに導入される。下流側の燃料電池II
Iのアノード３に入るアノード排ガスには、上記のよう
に上流側のアノード３での反応により生成されたCO2とH
2Oが多く含まれていて、炭素析出反応を起こしにくいガ
ス組成となっているので、アノード入口側の温度を高く
する必要がなく、したがって、改質器へ供給する原料ガ
スのS/Cをより小さくした運転ができる。
又、第３図は本発明の更に他の実施例を示すもので、
上述した第２図に示す実施例において上流側と下流側の
燃料電池を逆にし、上流側に間接内部改質型でない通常
の燃料電池IIIを、又、下流側に間接内部改質型燃料電
池Ｉを配置して、直列に接続し、天然ガスNGは、天然ガ
ス供給ライン６により下流側の燃料電池Ｉの改質室４を
通して改質器５の改質室5aに供給し、ここで改質された
燃料ガスFGを燃料ガス供給ライン９により上流側の燃料
電池IIIのアノード３に供給するようにし、一方、酸化
ガスとしての空気Ａを上流側の燃料電池IIIのカソード
２へ供給するようにし、下流側の燃料電池Ｉのカソード
２とアノード３には、上流側から排出されたガスがその
まま供給されるようにしたものであり、その他の構成は
第２図のものと同じである。
上述した第２図に示す実施例において上流側と下流側の
燃料電池を逆にし、上流側に間接内部改質型でない通常
の燃料電池IIIを、又、下流側に間接内部改質型燃料電
池Ｉを配置して、直列に接続し、天然ガスNGは、天然ガ
ス供給ライン６により下流側の燃料電池Ｉの改質室４を
通して改質器５の改質室5aに供給し、ここで改質された
燃料ガスFGを燃料ガス供給ライン９により上流側の燃料
電池IIIのアノード３に供給するようにし、一方、酸化
ガスとしての空気Ａを上流側の燃料電池IIIのカソード
２へ供給するようにし、下流側の燃料電池Ｉのカソード
２とアノード３には、上流側から排出されたガスがその
まま供給されるようにしたものであり、その他の構成は
第２図のものと同じである。
この実施例の場合には、上流側の燃料電池IIIはカソ
ード排ガスの顕熱のみでセルを冷却することにより除熱
するので、カソード入口、出口の温度差をつける必要が
あるが、下流側の燃料電池は間接内部改質型の燃料電池
Ｉであるため、電池反応で生じた熱は改質室４での改質
における吸熱により大部分除熱されるので、カソード排
ガスの顕熱による除熱が少なくなり、これにより上流側
のカソード２と下流側のカソード２との間に設ける冷却
器を省略することができると共に、上流側、下流側のセ
ル数の配分を調節することによって、下流側のカソード
２では出口温度を入口温度よりも下げることも可能であ
り、このことは電解質のロスを防ぐのに有効となる。
ード排ガスの顕熱のみでセルを冷却することにより除熱
するので、カソード入口、出口の温度差をつける必要が
あるが、下流側の燃料電池は間接内部改質型の燃料電池
Ｉであるため、電池反応で生じた熱は改質室４での改質
における吸熱により大部分除熱されるので、カソード排
ガスの顕熱による除熱が少なくなり、これにより上流側
のカソード２と下流側のカソード２との間に設ける冷却
器を省略することができると共に、上流側、下流側のセ
ル数の配分を調節することによって、下流側のカソード
２では出口温度を入口温度よりも下げることも可能であ
り、このことは電解質のロスを防ぐのに有効となる。
なお、本発明は上記した各実施例に限定されるもので
はなく、たとえば、複数の燃料電池として２個の場合を
示したが、３個もしくはそれ以上として直列に接続する
ようにしてもよく、その他本発明の要旨を逸脱しない範
囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
はなく、たとえば、複数の燃料電池として２個の場合を
示したが、３個もしくはそれ以上として直列に接続する
ようにしてもよく、その他本発明の要旨を逸脱しない範
囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
［発明の効果］ 以上述べた如く、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電
装置によれば、間接内部改質型とした複数の燃料電池を
直列に接続し、改質原料ガスは上流側の燃料電池におけ
る改質室、下流側の燃料電池における改質室を経て外部
改質器の改質室に供給するようにすると共に、該外部改
質器の改質室で改質された燃料ガスを、上流側の燃料電
池のアノード、下流側の燃料電池のアノードの順に流し
て利用させるようにし、又、酸化ガスとしての空気を上
流側の燃料電池のカソード、下流側の燃料電池のカソー
ドの順に流し、下流側のアノードから出たアノード排ガ
スとカソードから出たカソード排ガスを、外部改質器の
燃焼ガス室に導入させるようにしてあるので、個々の燃
料電池では、間接内部改質作用での吸熱により電池反応
を除熱できることから、カソード排ガスの顕熱による除
熱の割合を少なくすることができて、カソードへ流すガ
スの絶対量が少なくなる。又複数の燃料電池が直列配置
としてあるので、１つ１つの燃料電池のアノードでの燃
料利用率を高くすることがなくトータルとしての燃料利
用率を高めることができて、発電端効率を高めることが
でき、又、各電池セルを通過するアノード排ガス量は、
燃料電池を並列配置した場合よりも直列配置の方が増大
するので、通常カソード排ガスに比較して流量が少なく
流量配分の均一性が劣っているアノード排ガスの流量配
分を改善することができる。又、燃料電池を直列配置に
して、上流側と下流側のカソードとの間に冷却器を置く
構成とすると、燃料電池の並列配置の場合より各電池セ
ルを通過させる場合のガス量のトータル量を減少できる
ことから、このガス量の減少に伴いガス中のCO2濃度が
高くなって電池電圧を上げることが可能となると共に、
リサイクル用ガスブロワの動力を削減できることにな
り、又、上記燃料電池の並列配置におけるトータルのカ
ソード排ガス量と同じ量のカソード排ガス量を燃料電池
の直列配置で流すようにすれば、各電池セルを通過する
カソード排ガス量を増大でき、その結果、電池入口温度
を高くできて入口出口の温度差を小さくし電池の運転温
度を高くすることができ、これに伴い電池電圧を高くで
きて効率の向上が図れる。又改質に必要な水蒸気を低減
させてS/C（水蒸気／炭素）比を小さくすると、従来の
方式では、燃料電池アノード入口で炭素析出反応が生じ
るおそれがあるが、上記のとおり電池の運転温度を高く
できることから炭素析出反応が生じにくく、S/C比を小
さくすることができ、アノードでの燃料濃度が高まりシ
ステムの効率を高めることが可能となると共に改質器で
の蒸気消費量を減少することができるので回収蒸気量が
増大する。又、直列接続した下流側の燃料電池を外部改
質型の燃料電池とすれば、上述した燃料電池の直列配置
に伴う優れた効果のほかに、上流側の間接内部改質型燃
料電池では除熱のためのガス量が更に少なくなるので、
上記の効果は更に増大する。下流側のアノードには、上
流側のアノードでの反応により生成されたCO2とH2Oが多
く入ることになるので、アノード入口で炭素析出反応を
起こしにくくなり、S/Cをより小さくすることができ
る。更に、上流側の燃料電池を外部改質型のものとし
て、下流側の間接内部改質型燃料電池と直列接続した構
成とすると、燃料電池を直列配置した前記した優れた諸
効果のほかに、下流側の燃料電池で発生した熱を内部改
質による吸熱によって除去できることから、カソード排
ガスの顕熱利用を少なくできて、下流側のカソードに入
るガスを冷却するための冷却器を省略できると共に、下
流側のカソードの出口温度を入口温度よりも下げること
ができて、電解質のロスを防ぐ上で有効である。
装置によれば、間接内部改質型とした複数の燃料電池を
直列に接続し、改質原料ガスは上流側の燃料電池におけ
る改質室、下流側の燃料電池における改質室を経て外部
改質器の改質室に供給するようにすると共に、該外部改
質器の改質室で改質された燃料ガスを、上流側の燃料電
池のアノード、下流側の燃料電池のアノードの順に流し
て利用させるようにし、又、酸化ガスとしての空気を上
流側の燃料電池のカソード、下流側の燃料電池のカソー
ドの順に流し、下流側のアノードから出たアノード排ガ
スとカソードから出たカソード排ガスを、外部改質器の
燃焼ガス室に導入させるようにしてあるので、個々の燃
料電池では、間接内部改質作用での吸熱により電池反応
を除熱できることから、カソード排ガスの顕熱による除
熱の割合を少なくすることができて、カソードへ流すガ
スの絶対量が少なくなる。又複数の燃料電池が直列配置
としてあるので、１つ１つの燃料電池のアノードでの燃
料利用率を高くすることがなくトータルとしての燃料利
用率を高めることができて、発電端効率を高めることが
でき、又、各電池セルを通過するアノード排ガス量は、
燃料電池を並列配置した場合よりも直列配置の方が増大
するので、通常カソード排ガスに比較して流量が少なく
流量配分の均一性が劣っているアノード排ガスの流量配
分を改善することができる。又、燃料電池を直列配置に
して、上流側と下流側のカソードとの間に冷却器を置く
構成とすると、燃料電池の並列配置の場合より各電池セ
ルを通過させる場合のガス量のトータル量を減少できる
ことから、このガス量の減少に伴いガス中のCO2濃度が
高くなって電池電圧を上げることが可能となると共に、
リサイクル用ガスブロワの動力を削減できることにな
り、又、上記燃料電池の並列配置におけるトータルのカ
ソード排ガス量と同じ量のカソード排ガス量を燃料電池
の直列配置で流すようにすれば、各電池セルを通過する
カソード排ガス量を増大でき、その結果、電池入口温度
を高くできて入口出口の温度差を小さくし電池の運転温
度を高くすることができ、これに伴い電池電圧を高くで
きて効率の向上が図れる。又改質に必要な水蒸気を低減
させてS/C（水蒸気／炭素）比を小さくすると、従来の
方式では、燃料電池アノード入口で炭素析出反応が生じ
るおそれがあるが、上記のとおり電池の運転温度を高く
できることから炭素析出反応が生じにくく、S/C比を小
さくすることができ、アノードでの燃料濃度が高まりシ
ステムの効率を高めることが可能となると共に改質器で
の蒸気消費量を減少することができるので回収蒸気量が
増大する。又、直列接続した下流側の燃料電池を外部改
質型の燃料電池とすれば、上述した燃料電池の直列配置
に伴う優れた効果のほかに、上流側の間接内部改質型燃
料電池では除熱のためのガス量が更に少なくなるので、
上記の効果は更に増大する。下流側のアノードには、上
流側のアノードでの反応により生成されたCO2とH2Oが多
く入ることになるので、アノード入口で炭素析出反応を
起こしにくくなり、S/Cをより小さくすることができ
る。更に、上流側の燃料電池を外部改質型のものとし
て、下流側の間接内部改質型燃料電池と直列接続した構
成とすると、燃料電池を直列配置した前記した優れた諸
効果のほかに、下流側の燃料電池で発生した熱を内部改
質による吸熱によって除去できることから、カソード排
ガスの顕熱利用を少なくできて、下流側のカソードに入
るガスを冷却するための冷却器を省略できると共に、下
流側のカソードの出口温度を入口温度よりも下げること
ができて、電解質のロスを防ぐ上で有効である。
第１図は本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の一実
施例の概略を示す系統図、第２図は本発明の他の実施例
の概略を示す系統図、第３図は本発明の更に他の実施例
の概略を示す系統図、第４図は燃料電池の各段セルでの
燃料流量配分の不均一の状態を示す図、第５図は１段の
セルでの燃料の流量配分を示す図、第６図は従来の天然
ガス改質溶融炭酸塩型燃料電池発電システムの系統構成
の一例を示す概略図、第７図は電池運転温度が低いまま
アノード排ガス温度を高くして供給したときに生じる温
度変化を示す図である。 I,II……間接内部改質型燃料電池、III……燃料電池、
１……電解質板、２……カソード、３……アノード、４
……改質室、５……外部改質器、5a……改質室、5b……
燃焼ガス室、６……天然ガス供給ライン、９……燃料ガ
ス供給ライン、10……アノード排ガスライン、11……触
媒燃焼器、13……空気供給ライン、16……空気予熱器、
17……カソード排ガスライン、18……リサイクルライ
ン、19……リサイクル用ガスブロワ、Ａ……空気、NG…
…天然ガス（改質原料ガス）、FG……燃料ガス。
施例の概略を示す系統図、第２図は本発明の他の実施例
の概略を示す系統図、第３図は本発明の更に他の実施例
の概略を示す系統図、第４図は燃料電池の各段セルでの
燃料流量配分の不均一の状態を示す図、第５図は１段の
セルでの燃料の流量配分を示す図、第６図は従来の天然
ガス改質溶融炭酸塩型燃料電池発電システムの系統構成
の一例を示す概略図、第７図は電池運転温度が低いまま
アノード排ガス温度を高くして供給したときに生じる温
度変化を示す図である。 I,II……間接内部改質型燃料電池、III……燃料電池、
１……電解質板、２……カソード、３……アノード、４
……改質室、５……外部改質器、5a……改質室、5b……
燃焼ガス室、６……天然ガス供給ライン、９……燃料ガ
ス供給ライン、10……アノード排ガスライン、11……触
媒燃焼器、13……空気供給ライン、16……空気予熱器、
17……カソード排ガスライン、18……リサイクルライ
ン、19……リサイクル用ガスブロワ、Ａ……空気、NG…
…天然ガス（改質原料ガス）、FG……燃料ガス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上松 宏▲吉▼ 東京都江東区豊洲３丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社東京第二工場内 (72)発明者 羽鳥 聡 東京都江東区豊洲３丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社東京第二工場内 (72)発明者 小林 和典 東京都江東区豊洲３丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社東京第二工場内 (72)発明者 金子 彰一 東京都文京区白山２丁目14番20号 (72)発明者 篠崎 憲一 大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２ 号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 中川 重人 愛知県東海市新宝町507―２ 東邦瓦斯 株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−167760（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−129174（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−226667（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (3)
- 【請求項１】間接内部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池を
複数個設置して直列に接続し、改質原料ガスを上流側の
燃料電池における改質室、下流側の燃料電池における改
質室を経て外部改質器の改質室に供給するようにすると
共に、該外部改質器の改質室出口側と上流側の燃料電池
のアノード入口側とを燃料ガス供給ラインにて接続し、
且つ下流側の燃料電池のアノードからのアノード排ガス
とカソードからのカソード排ガスの一部を触媒燃焼器を
介して上記外部改質器の燃焼ガス室入口側に導入するよ
うにしてなる構成を有することを特徴とする溶融炭酸塩
型燃料電池発電装置。 - 【請求項２】間接内部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池と
外部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池を配置して直列に接
続し、上記間接内部改質型の燃料電池を上流側として、
改質原料ガスをその燃料電池における改質室を経て外部
改質器の改質室に供給するようにすると共に、該外部改
質器の改質室出口側と上流側の燃料電池のアノード入口
側とを燃料ガス供給ラインにて接続し、且つ下流側の燃
料電池のアノードからのアノード排ガスとカソードから
のカソード排ガスの一部を触媒燃焼器を介して上記外部
改質器の燃焼ガス室入口側に導入するようにしてなる構
成を有することを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池発電
装置。 - 【請求項３】外部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池と間接
内部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池を配置して直列に接
続し、上記間接内部改質型の燃料電池を下流側とした請
求項（２）記載の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2314333A JP2832640B2 (ja) | 1990-11-21 | 1990-11-21 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2314333A JP2832640B2 (ja) | 1990-11-21 | 1990-11-21 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04188567A JPH04188567A (ja) | 1992-07-07 |
| JP2832640B2 true JP2832640B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=18052071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2314333A Expired - Fee Related JP2832640B2 (ja) | 1990-11-21 | 1990-11-21 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2832640B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008033986B4 (de) * | 2008-07-21 | 2016-07-21 | Sunfire Gmbh | Brennstoffzellensystem mit zwei in Serie geschalteten Brennstoffzellenstapeln und Verfahren zum Betreiben eines solchen Brennstoffzellensystems |
| IT1394740B1 (it) * | 2009-07-14 | 2012-07-13 | Ansaldo Fuel Cells Spa | Apparato e metodo per la gestione termica di pile mcfc |
-
1990
- 1990-11-21 JP JP2314333A patent/JP2832640B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04188567A (ja) | 1992-07-07 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
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