JP3079317B2 - 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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- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
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- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
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Description
【０００１】
【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うち、特に、溶融炭酸塩型燃料電池
の発電装置に関するものである。
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うち、特に、溶融炭酸塩型燃料電池
の発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在までに知られている溶融炭酸塩型燃
料電池の発電装置のうち、一例を示すと、図３に示す如
き系統構成のものがある。
料電池の発電装置のうち、一例を示すと、図３に示す如
き系統構成のものがある。
【０００３】この図３に示すものは、次のように構成さ
れている。すなわち、溶融炭酸塩を多孔質物質にしみ込
ませてなる電解質板１をカソード２とアノード３の両電
極で両面から挟み、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
するようにしたものを１セルとし、各セルをセパレータ
（図示せず）を介し積層してスタックとした構成の溶融
炭酸塩型燃料電池Ｉを用い、該燃料電池Ｉのアノード３
の入口側に改質器４で改質された燃料ガスＦＧの供給ラ
イン５を接続し、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、天然ガス予熱器８で予熱されて改質器４の改質室４
ａに供給されて改質され、上記燃料ガスＦＧとしてアノ
ード３に供給されるようにしてある。一方、空気Ａは、
フィルタ９を通り、空気供給ライン１０上の空気ブロワ
１１で昇圧され、空気予熱器１２で加熱されて燃料電池
Ｉのカソード２の入口側へ供給されるようにしてあり、
上記アノード３から排出されたアノード出口ガスはアノ
ード出口ガスライン１３により触媒燃焼器１４へ導か
れ、ここでアノード出口ガス中の未反応成分を、カソー
ド出口ガスライン１５より分岐させて導いたカソード出
口ガスの一部を利用して燃焼させるようにし、この燃焼
熱を改質器４の加熱室４ｂへ供給して改質反応に利用さ
せるように触媒燃焼器１４と加熱室４ｂとを燃焼排ガス
ライン１６にて接続してあり、上記カソード２から排出
されたカソード出口ガスの残りは、カソード出口ガスラ
イン１５より上記空気予熱器１２を経て大気へ放出させ
るようにし、又、カソード出口ガスの一部はカソードリ
サイクルブロワ１８によりリサイクルライン１７を通し
てカソード２の入口側へリサイクルするようにしてあ
る。又、上記改質器４の加熱室４ｂから排出されたガス
は、該ガスの顕熱を水蒸気発生に用いるようにするた
め、排ガスライン１９より蒸気過熱器２０、蒸気発生器
２１、改質用蒸気発生器２２、凝縮器２３を経て気液分
離器２４へ導くようにしてあり、該気液分離器２４に
は、上水Ｈ2 Ｏ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Ｈ2 Ｏとともに給水ポンプ２６で加圧されて上記蒸気
発生器２１、改質用蒸気発生器２２へ導かれるようにし
てある。更に、上記蒸気発生器２１で発生した水蒸気
は、水蒸気回収ライン２７より回収されるようにすると
共に、上記改質用蒸気発生器２２で発生した水蒸気は、
蒸気過熱器２０で過熱されて水蒸気ライン２８より天然
ガス供給ライン６に導かれるようにしてあり、又、上記
気液分離器２４で分離されたガスは、空気供給ライン１
０の空気ブロワ１１の吸入側へ導かれるようにしてあ
る。
れている。すなわち、溶融炭酸塩を多孔質物質にしみ込
ませてなる電解質板１をカソード２とアノード３の両電
極で両面から挟み、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
するようにしたものを１セルとし、各セルをセパレータ
（図示せず）を介し積層してスタックとした構成の溶融
炭酸塩型燃料電池Ｉを用い、該燃料電池Ｉのアノード３
の入口側に改質器４で改質された燃料ガスＦＧの供給ラ
イン５を接続し、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、天然ガス予熱器８で予熱されて改質器４の改質室４
ａに供給されて改質され、上記燃料ガスＦＧとしてアノ
ード３に供給されるようにしてある。一方、空気Ａは、
フィルタ９を通り、空気供給ライン１０上の空気ブロワ
１１で昇圧され、空気予熱器１２で加熱されて燃料電池
Ｉのカソード２の入口側へ供給されるようにしてあり、
上記アノード３から排出されたアノード出口ガスはアノ
ード出口ガスライン１３により触媒燃焼器１４へ導か
れ、ここでアノード出口ガス中の未反応成分を、カソー
ド出口ガスライン１５より分岐させて導いたカソード出
口ガスの一部を利用して燃焼させるようにし、この燃焼
熱を改質器４の加熱室４ｂへ供給して改質反応に利用さ
せるように触媒燃焼器１４と加熱室４ｂとを燃焼排ガス
ライン１６にて接続してあり、上記カソード２から排出
されたカソード出口ガスの残りは、カソード出口ガスラ
イン１５より上記空気予熱器１２を経て大気へ放出させ
るようにし、又、カソード出口ガスの一部はカソードリ
サイクルブロワ１８によりリサイクルライン１７を通し
てカソード２の入口側へリサイクルするようにしてあ
る。又、上記改質器４の加熱室４ｂから排出されたガス
は、該ガスの顕熱を水蒸気発生に用いるようにするた
め、排ガスライン１９より蒸気過熱器２０、蒸気発生器
２１、改質用蒸気発生器２２、凝縮器２３を経て気液分
離器２４へ導くようにしてあり、該気液分離器２４に
は、上水Ｈ2 Ｏ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Ｈ2 Ｏとともに給水ポンプ２６で加圧されて上記蒸気
発生器２１、改質用蒸気発生器２２へ導かれるようにし
てある。更に、上記蒸気発生器２１で発生した水蒸気
は、水蒸気回収ライン２７より回収されるようにすると
共に、上記改質用蒸気発生器２２で発生した水蒸気は、
蒸気過熱器２０で過熱されて水蒸気ライン２８より天然
ガス供給ライン６に導かれるようにしてあり、又、上記
気液分離器２４で分離されたガスは、空気供給ライン１
０の空気ブロワ１１の吸入側へ導かれるようにしてあ
る。
【０００４】上記のように構成されている溶融炭酸塩型
燃料電池発電装置で発電を行わせるときは、天然ガスＮ
Ｇが脱硫器７、天然ガス予熱器８を経て改質器４の改質
室４ａに導かれることにより、ここで、 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 の反応が行われて、燃料ガスＦＧとして燃料電池Ｉのア
ノード３へ供給される。一方、燃料電池Ｉのカソード２
には、空気Ａが空気予熱器１２で予熱されて供給され、
カソード２側では、 ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 -- の反応が行われ、生成された炭酸イオンＣＯ3 --が電解
質板１を通ってアノード３へ達する。アノード３には、
燃料ガスＦＧが供給されているので、アノード３側で、 ＣＯ3 --＋Ｈ2 →ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- ＣＯ3 --＋ＣＯ→２ＣＯ2 ＋２ｅ- の反応が行われ、カソード２側とアノード３側の各端子
板間に負荷を接続することにより電気が流れるようにし
てある。
燃料電池発電装置で発電を行わせるときは、天然ガスＮ
Ｇが脱硫器７、天然ガス予熱器８を経て改質器４の改質
室４ａに導かれることにより、ここで、 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 の反応が行われて、燃料ガスＦＧとして燃料電池Ｉのア
ノード３へ供給される。一方、燃料電池Ｉのカソード２
には、空気Ａが空気予熱器１２で予熱されて供給され、
カソード２側では、 ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 -- の反応が行われ、生成された炭酸イオンＣＯ3 --が電解
質板１を通ってアノード３へ達する。アノード３には、
燃料ガスＦＧが供給されているので、アノード３側で、 ＣＯ3 --＋Ｈ2 →ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- ＣＯ3 --＋ＣＯ→２ＣＯ2 ＋２ｅ- の反応が行われ、カソード２側とアノード３側の各端子
板間に負荷を接続することにより電気が流れるようにし
てある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
溶融炭酸塩型燃料電池発電装置は、改質器４と燃料電池
Ｉが各々１段しかない一般的なものであるから、改質器
４では高い改質率を得る必要があるため、必然的に改質
温度を高くとるために加熱室４ｂの温度を高くしなけれ
ばならないが、改質器４は高温になると強度的に耐えら
れないし、改質室４ａ内の改質用触媒も寿命が短かくな
る、という問題があり、かかる問題を解消するために改
質器４と改質用触媒の寿命を長くしようとして改質器４
の温度を低くすると、高い改質率が得られず、アノード
３に供給される燃料ガスＦＧの水素濃度も低くなって電
池の電圧を高くできない、という問題がある。
溶融炭酸塩型燃料電池発電装置は、改質器４と燃料電池
Ｉが各々１段しかない一般的なものであるから、改質器
４では高い改質率を得る必要があるため、必然的に改質
温度を高くとるために加熱室４ｂの温度を高くしなけれ
ばならないが、改質器４は高温になると強度的に耐えら
れないし、改質室４ａ内の改質用触媒も寿命が短かくな
る、という問題があり、かかる問題を解消するために改
質器４と改質用触媒の寿命を長くしようとして改質器４
の温度を低くすると、高い改質率が得られず、アノード
３に供給される燃料ガスＦＧの水素濃度も低くなって電
池の電圧を高くできない、という問題がある。
【０００６】そこで、本発明は、従来の溶融炭酸塩型燃
料電池発電装置における改質器に相当する第１の改質器
で改質を行わせるほかに第２の改質器でも原料の改質を
行わせるようにして、第１の改質器及び改質用触媒の寿
命延長を図ると同時に高い改質率が得られるようにした
溶融炭酸塩型燃料電池発電装置を提供しようとするもの
である。
料電池発電装置における改質器に相当する第１の改質器
で改質を行わせるほかに第２の改質器でも原料の改質を
行わせるようにして、第１の改質器及び改質用触媒の寿
命延長を図ると同時に高い改質率が得られるようにした
溶融炭酸塩型燃料電池発電装置を提供しようとするもの
である。
【０００７】
【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、溶融炭酸塩型燃料電池と改質器を設置
し、上記燃料電池のアノード入口側と上記改質器の改質
室とを燃料ガス供給ラインで接続し、一方、空気供給ラ
インをカソード入口側に接続し、カソード出口ガスの一
部とアノード出口ガスを上記改質器の加熱室に供給する
ように接続してある構成において、上記溶融炭酸塩型燃
料電池を複数直列に配置して、上流側の燃料電池のアノ
ード出口側と下流側の燃料電池のアノード入口側との間
にアノード出口ガスの顕熱を熱源とする第２の改質室を
配置し、上流側カソード出口側と下流側カソード入口側
とを接続し、且つ下流側のアノード出口ガスとカソード
出口ガスの一部を燃焼器を通して改質器の加熱室に供給
するよう接続した構成とする。又、上記第２改質室に代
えて、上流側と下流側の燃料電池の間に別の改質器を設
置し、上流側の改質器の改質室、上流側の燃料電池のア
ノード、下流側の改質器の改質室、下流側の燃料電池の
アノードの順にガスが流れるよう直列に接続すると共
に、上流側の燃料電池のカソード、下流側の改質器の加
熱室、下流側の燃料電池のカソードの順にガスが流れる
ように直列に接続した構成としてもよい。
決するために、溶融炭酸塩型燃料電池と改質器を設置
し、上記燃料電池のアノード入口側と上記改質器の改質
室とを燃料ガス供給ラインで接続し、一方、空気供給ラ
インをカソード入口側に接続し、カソード出口ガスの一
部とアノード出口ガスを上記改質器の加熱室に供給する
ように接続してある構成において、上記溶融炭酸塩型燃
料電池を複数直列に配置して、上流側の燃料電池のアノ
ード出口側と下流側の燃料電池のアノード入口側との間
にアノード出口ガスの顕熱を熱源とする第２の改質室を
配置し、上流側カソード出口側と下流側カソード入口側
とを接続し、且つ下流側のアノード出口ガスとカソード
出口ガスの一部を燃焼器を通して改質器の加熱室に供給
するよう接続した構成とする。又、上記第２改質室に代
えて、上流側と下流側の燃料電池の間に別の改質器を設
置し、上流側の改質器の改質室、上流側の燃料電池のア
ノード、下流側の改質器の改質室、下流側の燃料電池の
アノードの順にガスが流れるよう直列に接続すると共
に、上流側の燃料電池のカソード、下流側の改質器の加
熱室、下流側の燃料電池のカソードの順にガスが流れる
ように直列に接続した構成としてもよい。
【０００８】
【作用】複数個の燃料電池を配置して、上流側の燃料電
池のアノードと下流側の燃料電池のアノードとの間に第
２の改質室を配置し、上流側にある第１の改質器の改質
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
に供給させ、該アノードから排出されたアノード出口ガ
スを第２改質室で改質させるようにすると、上流側にあ
る第１の改質器の改質率を極端に高くする必要がなくて
改質温度を低くでき、改質器自体や改質用触媒の寿命を
延長させることが可能となり、又、下流にある第２の改
質室では、最初の原料に加えられた水蒸気のほかに、上
流側の燃料電池のアノードで発生した水蒸気が改質に利
用できること、及び上流側の燃料電池のアノードで反応
によって水素が消費されること、から高い改質率が得ら
れることになる。更に、第１の改質器では、加熱源を燃
料電池のアノードでの未反応成分の燃焼熱としているの
で、第１の改質器の改質温度を極端に低くすることはな
く、第１の改質器でほとんどの改質を行わせることがで
きて、第２の改質室は少量の原料を改質するのみでよ
く、改質室の寸法を小さくすることができて、燃料電池
の炭酸塩により改質用触媒が被毒されても、該触媒の交
換を容易に行うことが可能となる。又、第２の改質室の
熱源をアノード出口ガスの顕熱とすると、下流側の燃料
電池のアノードの冷却に利用でき、該熱源をカソード出
口ガスの顕熱とすると、下流側の燃料電池のカソードの
冷却ができる。
池のアノードと下流側の燃料電池のアノードとの間に第
２の改質室を配置し、上流側にある第１の改質器の改質
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
に供給させ、該アノードから排出されたアノード出口ガ
スを第２改質室で改質させるようにすると、上流側にあ
る第１の改質器の改質率を極端に高くする必要がなくて
改質温度を低くでき、改質器自体や改質用触媒の寿命を
延長させることが可能となり、又、下流にある第２の改
質室では、最初の原料に加えられた水蒸気のほかに、上
流側の燃料電池のアノードで発生した水蒸気が改質に利
用できること、及び上流側の燃料電池のアノードで反応
によって水素が消費されること、から高い改質率が得ら
れることになる。更に、第１の改質器では、加熱源を燃
料電池のアノードでの未反応成分の燃焼熱としているの
で、第１の改質器の改質温度を極端に低くすることはな
く、第１の改質器でほとんどの改質を行わせることがで
きて、第２の改質室は少量の原料を改質するのみでよ
く、改質室の寸法を小さくすることができて、燃料電池
の炭酸塩により改質用触媒が被毒されても、該触媒の交
換を容易に行うことが可能となる。又、第２の改質室の
熱源をアノード出口ガスの顕熱とすると、下流側の燃料
電池のアノードの冷却に利用でき、該熱源をカソード出
口ガスの顕熱とすると、下流側の燃料電池のカソードの
冷却ができる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１０】図１は本発明の一実施例を示すもので、図
３に示すものと同様に、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挟んでカソード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
レータを介し積層してスタックとした構成の溶融炭酸塩
型燃料電池Ｉと、天然ガスＮＧの如き改質原料ガスを改
質して燃料電池のアノード３への燃料ガスとする改質器
４とを備え、改質器４の改質室４ａと燃料電池Ｉのアノ
ード入口側とを燃料ガス供給ライン５で接続すると共
に、アノード出口ガス中の未反応成分をカソード出口ガ
スの一部を用いて触媒燃焼器１４にて燃焼させた後、燃
焼熱を改質器４の加熱源とするよう改質器４の加熱室４
ｂと触媒燃焼器１４とを燃焼排ガスライン１６にて接続
してある構成において、上記燃料電池を上流側と下流側
に配置して、上流側の燃料電池Ｉのアノード３出口側と
下流側の燃料電池IIのアノード３入口側との間に、上流
側のアノード出口ガスの顕熱を熱源とする第２の改質室
２９を配置し、上流側にある第１の改質器４の改質室４
ａ、上流側の燃料電池Ｉのアノード３、下流側に位置す
る第２の改質室２９、下流側の燃料電池IIのアノード３
の順にガスが流れるよう直列に接続し、且つ上流側の燃
料電池Ｉのカソード２出口側と下流側の燃料電池IIのカ
ソード２入口側とを直列に接続して、空気Ａが空気予熱
器１２で予熱されて上流側の燃料電池Ｉのカソード２入
口に供給されると共に、空気供給ライン１０の途中より
予熱してない空気の一部を下流側の燃料電池IIのカソー
ド２入口側へ供給するよう空気分岐ライン３０をカソー
ド出口ライン１５の途中に接続する。３１は温水発生
器、３２はカソード出口ガス冷却器であり、その他の構
成は図３に示すものと同じであり、同一のものには同一
の符号が付してある。
３に示すものと同様に、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挟んでカソード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
レータを介し積層してスタックとした構成の溶融炭酸塩
型燃料電池Ｉと、天然ガスＮＧの如き改質原料ガスを改
質して燃料電池のアノード３への燃料ガスとする改質器
４とを備え、改質器４の改質室４ａと燃料電池Ｉのアノ
ード入口側とを燃料ガス供給ライン５で接続すると共
に、アノード出口ガス中の未反応成分をカソード出口ガ
スの一部を用いて触媒燃焼器１４にて燃焼させた後、燃
焼熱を改質器４の加熱源とするよう改質器４の加熱室４
ｂと触媒燃焼器１４とを燃焼排ガスライン１６にて接続
してある構成において、上記燃料電池を上流側と下流側
に配置して、上流側の燃料電池Ｉのアノード３出口側と
下流側の燃料電池IIのアノード３入口側との間に、上流
側のアノード出口ガスの顕熱を熱源とする第２の改質室
２９を配置し、上流側にある第１の改質器４の改質室４
ａ、上流側の燃料電池Ｉのアノード３、下流側に位置す
る第２の改質室２９、下流側の燃料電池IIのアノード３
の順にガスが流れるよう直列に接続し、且つ上流側の燃
料電池Ｉのカソード２出口側と下流側の燃料電池IIのカ
ソード２入口側とを直列に接続して、空気Ａが空気予熱
器１２で予熱されて上流側の燃料電池Ｉのカソード２入
口に供給されると共に、空気供給ライン１０の途中より
予熱してない空気の一部を下流側の燃料電池IIのカソー
ド２入口側へ供給するよう空気分岐ライン３０をカソー
ド出口ライン１５の途中に接続する。３１は温水発生
器、３２はカソード出口ガス冷却器であり、その他の構
成は図３に示すものと同じであり、同一のものには同一
の符号が付してある。
【００１１】天然ガスＮＧが第１の改質器４で燃料ガス
ＦＧに改質されると、該燃料ガスＦＧは燃料ガス供給ラ
イン５により上流側の燃料電池Ｉのアノード３に供給さ
れ、アノード反応で水素を消費されたガスはアノード出
口ガスとしてアノード出口ガスライン１３より第２の改
質室２９へ導かれる。改質室２９では、上流側の改質器
４で改質されないで燃料電池Ｉのアノード３に供給され
た一部の改質原料ガスが、アノード出口ガスの顕熱と上
流側の燃料電池のアノード３での反応により発生した水
蒸気により改質され、改質された燃料ガスが下流側の燃
料電池IIのアノード３に供給される。この場合、改質原
料ガスとしての天然ガスＮＧは、上流側の改質器４と下
流側のアノード出口ガスの顕熱を利用した改質室２９の
２段により改質されることになるので、上流側の第１の
改質器４は、従来の改質器が１段のみである方式の場合
に比して改質率を極端に高くする必要はないが、下流側
の第２の改質室２９では、上流側の改質器４での改質に
加えられた水蒸気のほかに、上流側の燃料電池Ｉのアノ
ード３で反応により生成された水蒸気が改質に利用でき
ることと、上流側の燃料電池Ｉのアノード３において水
素が消費されることから、改質率を非常に高くすること
ができるので、全体として高い改質率が得られ、下流側
の燃料電池IIのアノード３に入る水素濃度が高くなり、
電池電圧を高くすることができる。
ＦＧに改質されると、該燃料ガスＦＧは燃料ガス供給ラ
イン５により上流側の燃料電池Ｉのアノード３に供給さ
れ、アノード反応で水素を消費されたガスはアノード出
口ガスとしてアノード出口ガスライン１３より第２の改
質室２９へ導かれる。改質室２９では、上流側の改質器
４で改質されないで燃料電池Ｉのアノード３に供給され
た一部の改質原料ガスが、アノード出口ガスの顕熱と上
流側の燃料電池のアノード３での反応により発生した水
蒸気により改質され、改質された燃料ガスが下流側の燃
料電池IIのアノード３に供給される。この場合、改質原
料ガスとしての天然ガスＮＧは、上流側の改質器４と下
流側のアノード出口ガスの顕熱を利用した改質室２９の
２段により改質されることになるので、上流側の第１の
改質器４は、従来の改質器が１段のみである方式の場合
に比して改質率を極端に高くする必要はないが、下流側
の第２の改質室２９では、上流側の改質器４での改質に
加えられた水蒸気のほかに、上流側の燃料電池Ｉのアノ
ード３で反応により生成された水蒸気が改質に利用でき
ることと、上流側の燃料電池Ｉのアノード３において水
素が消費されることから、改質率を非常に高くすること
ができるので、全体として高い改質率が得られ、下流側
の燃料電池IIのアノード３に入る水素濃度が高くなり、
電池電圧を高くすることができる。
【００１２】上記において、上流側の改質器４は、上記
したように改質率を極端に高くする必要がないことから
改質温度を高くしなくてすみ、改質室４ａ内の改質用触
媒や改質器自体の強度上の問題を解消できる。しかし、
改質温度が低くすぎると、改質率を極端に低下すること
になるが、本発明では、上流側の改質器４の加熱源を、
下流側の燃料電池IIのアノード３での未反応成分を触媒
燃焼器１４で燃焼した燃焼熱としているため、加熱室４
ｂでの加熱温度を７００℃以上に上げることができる。
これにより本発明では、上流側の改質器４で天然ガスＮ
Ｇの改質の大部分を行わせて下流側の改質室２９では少
量の天然ガスＮＧを改質するだけとすることが可能とな
り、下流側の改質室２９の寸法を小さくすることができ
て改質用触媒量は少なくでき、万一燃料電池の炭酸塩に
より改質用触媒が被毒されたとしても、該改質用触媒の
交換が容易にできることになる。
したように改質率を極端に高くする必要がないことから
改質温度を高くしなくてすみ、改質室４ａ内の改質用触
媒や改質器自体の強度上の問題を解消できる。しかし、
改質温度が低くすぎると、改質率を極端に低下すること
になるが、本発明では、上流側の改質器４の加熱源を、
下流側の燃料電池IIのアノード３での未反応成分を触媒
燃焼器１４で燃焼した燃焼熱としているため、加熱室４
ｂでの加熱温度を７００℃以上に上げることができる。
これにより本発明では、上流側の改質器４で天然ガスＮ
Ｇの改質の大部分を行わせて下流側の改質室２９では少
量の天然ガスＮＧを改質するだけとすることが可能とな
り、下流側の改質室２９の寸法を小さくすることができ
て改質用触媒量は少なくでき、万一燃料電池の炭酸塩に
より改質用触媒が被毒されたとしても、該改質用触媒の
交換が容易にできることになる。
【００１３】又、下流側の第２の改質室２９は、改質の
熱源としてアノード出口ガスの顕熱を利用することか
ら、下流側の燃料電池IIのアノード３に供給されるアノ
ード出口ガスの温度は、上流側の燃料電池Ｉから排出さ
れたアノード出口ガスの温度よりも低くなるので、下流
側の燃料電池IIの冷却に利用でき、これに伴い燃料電池
IIの冷却のためにカソード２に供給される冷却用のガス
流量をその分だけ減少させることが可能となる。
熱源としてアノード出口ガスの顕熱を利用することか
ら、下流側の燃料電池IIのアノード３に供給されるアノ
ード出口ガスの温度は、上流側の燃料電池Ｉから排出さ
れたアノード出口ガスの温度よりも低くなるので、下流
側の燃料電池IIの冷却に利用でき、これに伴い燃料電池
IIの冷却のためにカソード２に供給される冷却用のガス
流量をその分だけ減少させることが可能となる。
【００１４】次に、図２は本発明の他の実施例を示すも
ので、上流側の燃料電池Ｉと下流側の燃料電池IIの間に
第２の改質器３３を配置して、上流側の燃料電池Ｉのア
ノード３から排出されたアノード出口ガスが上記改質器
３３の改質室３３ａを通って下流側の燃料電池IIのアノ
ード３に供給されるよう直列に接続すると共に、上流側
の燃料電池Ｉのカソード２から排出されたカソード出口
ガスが上記改質器３３の加熱室３３ｂを通って下流側の
燃料電池IIのカソード２に供給されるよう直列に接続し
たものである。
ので、上流側の燃料電池Ｉと下流側の燃料電池IIの間に
第２の改質器３３を配置して、上流側の燃料電池Ｉのア
ノード３から排出されたアノード出口ガスが上記改質器
３３の改質室３３ａを通って下流側の燃料電池IIのアノ
ード３に供給されるよう直列に接続すると共に、上流側
の燃料電池Ｉのカソード２から排出されたカソード出口
ガスが上記改質器３３の加熱室３３ｂを通って下流側の
燃料電池IIのカソード２に供給されるよう直列に接続し
たものである。
【００１５】この実施例では、下流側となる第２の改質
器３３の加熱源に上流側の燃料電池Ｉのカソード出口ガ
スの顕熱を利用して改質を行わせ、該改質器３３の加熱
室３３ａから排出されたガスを下流側の燃料電池IIのカ
ソード２へ供給できるので、カソード出口ガスが改質器
３３で冷却されることから、下流側の燃料電池IIの冷却
に利用できる利点がある。
器３３の加熱源に上流側の燃料電池Ｉのカソード出口ガ
スの顕熱を利用して改質を行わせ、該改質器３３の加熱
室３３ａから排出されたガスを下流側の燃料電池IIのカ
ソード２へ供給できるので、カソード出口ガスが改質器
３３で冷却されることから、下流側の燃料電池IIの冷却
に利用できる利点がある。
【００１６】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、たとえば、複数個の燃料電池として２
個の燃料電池Ｉ，IIを示し、改質器４のほかに改質室２
９又は改質器３３を設置した場合を示したが、これらを
３個もしくはそれ以上設置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におい
て種々変更を加え得ることは勿論である。
るものではなく、たとえば、複数個の燃料電池として２
個の燃料電池Ｉ，IIを示し、改質器４のほかに改質室２
９又は改質器３３を設置した場合を示したが、これらを
３個もしくはそれ以上設置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におい
て種々変更を加え得ることは勿論である。
【００１７】
【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、複数個の燃料電池を設置し
て、上流側の燃料電池と下流側の燃料電池との間に、第
２の改質室又は改質器を配置して、改質原料ガスを改質
する第１の改質器の改質室、上流側の燃料電池のアノー
ド、第２の改質室又は第２の改質器の改質室、下流側の
燃料電池のアノードの順にガスが流れるよう直列に接続
し、下流側の燃料電池のアノードから排出されたアノー
ド出口ガスとカソードから排出されたカソード出口ガス
の一部を燃焼器へ導き、該燃焼器での燃焼熱を第１の改
質器の加熱室に供給するようにしてあるので、(i) 上流
側にある第１の改質器のほかに、下流側でも改質ができ
るようにしてあるため、改質器が１個しかない従来方式
に比して、第１の改質器では改質率を極端に高くする必
要がなく、これにより第１の改質器の改質温度を高くと
らなくてよいので、改質用触媒と改質器自体の寿命を延
長させることができることになり、又、炭素析出が起ら
ない範囲でＳ／Ｃ（水蒸気／炭素）比を絞ることができ
るので、改質に必要な水蒸気が少なくてよく、排熱回収
により得た水蒸気を系外に供給できることになって総合
熱効率を高くすることができると共に、燃料電池のアノ
ードの入口蒸気量が少なくなることから、水素分圧が高
くなり、電池電圧を高くすることができて、発電効率が
高められること、(ii)第２の改質室では、第１の改質器
の改質のために最初に改質原料ガスに加えられた水蒸気
のほかに上流側の燃料電池のアノードで生成された水蒸
気を改質に利用できることと、上流側の燃料電池のアノ
ードで水素が消費されることから、改質器が１段しかな
い従来方式に比して改質率を高くすることができ、下流
側の燃料電池のアノードに入る水素濃度が高くなり、電
池の電圧も高くなること、(iii) 下流側の燃料電池のア
ノード出口ガス中に含まれている未反応成分を燃焼器で
燃焼させ、その燃焼熱を第１の改質器の加熱源とするの
で、改質温度が低くなりすぎることがなく、これにより
第１の改質器で改質原料ガスの改質の大部分を行わせる
ことができて、第２の改質室では少量の原料の改質を行
わせるのみでよくなり、第２の改質室の寸法を小さくで
きて改質用触媒量を少なくでき、改質用触媒が燃料電池
の炭酸塩により被毒されても該触媒の交換が容易にでき
ることになると共に、上流側の燃料電池のアノードに入
る未改質原料の濃度が低くなり、燃料電池内での改質原
料の熱分解を防止できること、(iv)第２の改質室では、
熱源として上流側の燃料電池のアノード出口ガスの顕熱
を利用させるようにしているので、下流側の燃料電池の
アノードに入るアノード出口ガスの温度は上流側の燃料
電池の出口のアノード出口ガスの温度よりも低くなり、
その分、カソードへ供給される冷却用ガスの流量を減少
させることができ、又、下流側の燃料電池のアノード入
口の温度が低いことから炭素析出の懸念があるが、上流
側の燃料電池からのアノード出口ガスは多量の水蒸気を
含んでいるので、その懸念もないこと、等の優れた効果
を奏し得られ、更に、上流側の燃料電池と下流側の燃料
電池の間に配置した第２の改質器の加熱源を、カソード
出口ガスの顕熱とする構成とすることにより、下流側の
燃料電池のカソードへ供給されるカソード出口ガスを冷
却することができる、という優れた効果も奏し得られ
る。
燃料電池発電装置によれば、複数個の燃料電池を設置し
て、上流側の燃料電池と下流側の燃料電池との間に、第
２の改質室又は改質器を配置して、改質原料ガスを改質
する第１の改質器の改質室、上流側の燃料電池のアノー
ド、第２の改質室又は第２の改質器の改質室、下流側の
燃料電池のアノードの順にガスが流れるよう直列に接続
し、下流側の燃料電池のアノードから排出されたアノー
ド出口ガスとカソードから排出されたカソード出口ガス
の一部を燃焼器へ導き、該燃焼器での燃焼熱を第１の改
質器の加熱室に供給するようにしてあるので、(i) 上流
側にある第１の改質器のほかに、下流側でも改質ができ
るようにしてあるため、改質器が１個しかない従来方式
に比して、第１の改質器では改質率を極端に高くする必
要がなく、これにより第１の改質器の改質温度を高くと
らなくてよいので、改質用触媒と改質器自体の寿命を延
長させることができることになり、又、炭素析出が起ら
ない範囲でＳ／Ｃ（水蒸気／炭素）比を絞ることができ
るので、改質に必要な水蒸気が少なくてよく、排熱回収
により得た水蒸気を系外に供給できることになって総合
熱効率を高くすることができると共に、燃料電池のアノ
ードの入口蒸気量が少なくなることから、水素分圧が高
くなり、電池電圧を高くすることができて、発電効率が
高められること、(ii)第２の改質室では、第１の改質器
の改質のために最初に改質原料ガスに加えられた水蒸気
のほかに上流側の燃料電池のアノードで生成された水蒸
気を改質に利用できることと、上流側の燃料電池のアノ
ードで水素が消費されることから、改質器が１段しかな
い従来方式に比して改質率を高くすることができ、下流
側の燃料電池のアノードに入る水素濃度が高くなり、電
池の電圧も高くなること、(iii) 下流側の燃料電池のア
ノード出口ガス中に含まれている未反応成分を燃焼器で
燃焼させ、その燃焼熱を第１の改質器の加熱源とするの
で、改質温度が低くなりすぎることがなく、これにより
第１の改質器で改質原料ガスの改質の大部分を行わせる
ことができて、第２の改質室では少量の原料の改質を行
わせるのみでよくなり、第２の改質室の寸法を小さくで
きて改質用触媒量を少なくでき、改質用触媒が燃料電池
の炭酸塩により被毒されても該触媒の交換が容易にでき
ることになると共に、上流側の燃料電池のアノードに入
る未改質原料の濃度が低くなり、燃料電池内での改質原
料の熱分解を防止できること、(iv)第２の改質室では、
熱源として上流側の燃料電池のアノード出口ガスの顕熱
を利用させるようにしているので、下流側の燃料電池の
アノードに入るアノード出口ガスの温度は上流側の燃料
電池の出口のアノード出口ガスの温度よりも低くなり、
その分、カソードへ供給される冷却用ガスの流量を減少
させることができ、又、下流側の燃料電池のアノード入
口の温度が低いことから炭素析出の懸念があるが、上流
側の燃料電池からのアノード出口ガスは多量の水蒸気を
含んでいるので、その懸念もないこと、等の優れた効果
を奏し得られ、更に、上流側の燃料電池と下流側の燃料
電池の間に配置した第２の改質器の加熱源を、カソード
出口ガスの顕熱とする構成とすることにより、下流側の
燃料電池のカソードへ供給されるカソード出口ガスを冷
却することができる、という優れた効果も奏し得られ
る。
【図１】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構成図である。
施例の概略を示す系統構成図である。
【図２】本発明の他の実施例の概略を示す系統構成図で
ある。
ある。
【図３】従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の一例の
概略を示す系統構成図である。
概略を示す系統構成図である。
Ｉ，II 燃料電池 ２ カソード ３ アノード ４ 改質器（第１の改質器） ４ａ 改質室 ４ｂ 加熱室 ５ 燃料ガス供給ライン １０ 空気供給ライン １３ アノード出口ガスライン １４ 触媒燃焼器（燃焼器） １５ カソード出口ガスライン １６ 燃焼排ガスライン １９ 排ガスライン ２０ 蒸気過熱器 ２１ 蒸気発生器 ２２ 改質用蒸気発生器 ２８ 水蒸気ライン ２９ 第２の改質室 ３３ 第２の改質器 ３３ａ 改質室 ３３ｂ 加熱室 ＮＧ 天然ガス（改質原料ガス） ＦＧ 燃料ガス Ａ 空気（酸化ガス）
フロントページの続き (72)発明者 森本 弘正 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (72)発明者 上松 宏吉 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (72)発明者 羽鳥 聡 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (72)発明者 小林 和典 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (72)発明者 疋田 知士 東京都港区芝浦一丁目16番25号 東京瓦 斯株式会社内 (72)発明者 篠崎 憲一 大阪府大阪市中央区平野四丁目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 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/06 H01M 8/04
Claims (2)
- 【請求項１】 改質原料ガスを改質器で改質して溶融炭
酸塩型燃料電池のアノードに供給するようにし、且つ該
燃料電池のカソードには酸化ガスを供給するようにし、
上記アノードから排出されたアノード出口ガスとカソー
ドから排出されたカソード出口ガスの一部とを上記改質
器の加熱室に導くようにした構成を有する溶融炭酸塩型
燃料電池発電装置において、上記燃料電池を複数個直列
に配置し、上流側の燃料電池のアノード出口側と下流側
の燃料電池のアノード入口側の間に、上流側の燃料電池
のアノード出口ガスの顕熱を利用する第２の改質室を配
置し、上流側カソード出口側と下流側カソード入口側と
を接続し、且つ下流側の燃料電池からのアノード出口ガ
スとカソード出口ガスの一部を燃焼器を通して第１の改
質器の加熱室に供給するよう該加熱室と燃焼室を接続し
た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】 第２の改質室に代えて第２の改質器を配
置して、上流側の燃料電池のアノード、第２改質器の改
質室、下流側の燃料電池のアノードの順にガスが流れる
よう直列に接続すると共に、上流側の燃料電池のカソー
ド、第２改質器の加熱室、下流側の燃料電池のカソード
の順にガスが流れるよう直列に接続した請求項１記載の
溶融炭酸塩型燃料電池発電装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03208937A JP3079317B2 (ja) | 1991-07-26 | 1991-07-26 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
| US07/755,058 US5221586A (en) | 1990-09-19 | 1991-09-05 | Power generation system using fuel cells |
| CA002051284A CA2051284C (en) | 1990-09-19 | 1991-09-13 | Power generation system using fuel cells |
| DK91115831.9T DK0476610T3 (da) | 1990-09-19 | 1991-09-18 | Kraftgenereringssystem, der anvender brændselsceller |
| EP91115831A EP0476610B1 (en) | 1990-09-19 | 1991-09-18 | Power generation system using fuel cells |
| ES91115831T ES2068452T3 (es) | 1990-09-19 | 1991-09-18 | Sistema de generacion de energia que utiliza celulas de combustible. |
| DE69105891T DE69105891T2 (de) | 1990-09-19 | 1991-09-18 | Energiegewinnungssystem mit Anwendung von Brennstoffzellen. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03208937A JP3079317B2 (ja) | 1991-07-26 | 1991-07-26 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0536427A JPH0536427A (ja) | 1993-02-12 |
| JP3079317B2 true JP3079317B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=16564607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03208937A Expired - Fee Related JP3079317B2 (ja) | 1990-09-19 | 1991-07-26 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3079317B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9475211B2 (en) | 2012-02-24 | 2016-10-25 | Imflux Inc | Injection mold having a simplified cooling system |
| US9604398B2 (en) | 2012-11-08 | 2017-03-28 | Imflux Inc | Injection mold with fail safe pressure mechanism |
| US9610721B2 (en) | 2012-11-21 | 2017-04-04 | Imflux Inc | Reduced size runner for an injection mold system |
| US9682505B2 (en) | 2012-05-02 | 2017-06-20 | Imflux Inc | Injection mold having a simplified evaporative cooling system or a simplified cooling system with exotic cooling fluids |
| US9707709B2 (en) | 2011-05-20 | 2017-07-18 | Imflux Inc | Method for injection molding at low, substantially constant pressure |
| US9815233B2 (en) | 2011-05-20 | 2017-11-14 | Imflux, Inc. | Method and apparatus for substantially constant pressure injection molding of thinwall parts |
| US10076861B2 (en) | 2011-05-20 | 2018-09-18 | Imflux Inc | Apparatus for injection molding at low constant pressure |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2092589A1 (en) * | 2006-11-20 | 2009-08-26 | Eect B.V. | System having high-temperature fuel cells |
-
1991
- 1991-07-26 JP JP03208937A patent/JP3079317B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9707709B2 (en) | 2011-05-20 | 2017-07-18 | Imflux Inc | Method for injection molding at low, substantially constant pressure |
| US9815233B2 (en) | 2011-05-20 | 2017-11-14 | Imflux, Inc. | Method and apparatus for substantially constant pressure injection molding of thinwall parts |
| US10076861B2 (en) | 2011-05-20 | 2018-09-18 | Imflux Inc | Apparatus for injection molding at low constant pressure |
| US9475211B2 (en) | 2012-02-24 | 2016-10-25 | Imflux Inc | Injection mold having a simplified cooling system |
| US9682505B2 (en) | 2012-05-02 | 2017-06-20 | Imflux Inc | Injection mold having a simplified evaporative cooling system or a simplified cooling system with exotic cooling fluids |
| US9604398B2 (en) | 2012-11-08 | 2017-03-28 | Imflux Inc | Injection mold with fail safe pressure mechanism |
| US9610721B2 (en) | 2012-11-21 | 2017-04-04 | Imflux Inc | Reduced size runner for an injection mold system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0536427A (ja) | 1993-02-12 |
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