JP4204244B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料改質装置およびそれを備えた燃料電池システムに関するものであり、さらに詳しくは熱効率が向上した炭化水素系燃料を用いる燃料改質装置およびそれを備えた発電効率を向上した燃料電池システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は、水蒸気改質による場合の一般的な燃料改質プロセスのフローを示す説明図である。図6に示すように、近年、天然ガス、都市ガス、メタノール、LPG、ブタンなどの炭化水素系燃料などを原燃料として、脱硫する脱硫器1と、水蒸気を添加して原燃料を水素に改質する改質器2とを備えた改質部3と、この改質部3で得られたガス中の一酸化炭素を変成するCO変成器4と、一酸化炭素を除去するCO除去器5とを備えたCO濃度を低減するCO低減部6とを備えた燃料改質装置7と、この燃料改質装置7で得られたCO濃度を低減した水素によって発電する燃料電池8と、この燃料電池8から排出される水素ガス(オフガス)や必要に応じて追加する追加原燃料を燃焼用空気により燃焼して改質器2の改質反応に必要な熱量を供給する改質器用バーナー9や図示しない触媒燃焼器を備えた燃料電池システム10が提案されている。
水蒸気改質による反応は吸熱反応であり、改質反応を維持するための加熱媒体として改質器用バーナー9や触媒燃焼器が使用される。
燃料改質装置7の熱効率を向上させるためには、上記燃料改質プロセス中で最も温度の高い改質器2からの放熱を制御したり利用する必要があり、また、それによって改質器用バーナー9に投入する燃料(オフガスまたはオフガスと追加原燃料)を低減する必要がある。
【0003】
一方、燃料改質装置7からの放熱を有効に利用するために、図7に示すように改質部3、CO低減部6などの反応器を筐体11内に設置することが提案されている。これによって改質部3やCO低減部6などの反応器から放出された熱によって暖められた空気を燃焼用空気として改質器用バーナー9に導入し、排熱の有効利用を試みるものである。
【0004】
しかし、この場合は燃焼用空気導入のためのファンFが筐体11内部に設置されており、1.加熱された空気は膨張しており、燃焼に適する空気量を供給するための消費電力が、ファンFを筐体11外に設置した場合より多くなる、2.ファンFの耐熱温度以上に導入空気の温度を上昇させることはできないなど、という問題点が残っていた。また、改質部3及びCO低減部6それぞれから放出された熱を有効利用できず、すなわち改質部3及びCO低減部6からの排熱が多く、筐体11から放出された熱を有効利用できず、すなわち筐体11からの排熱も大きかった。
【0005】
そこで改質部3からの排熱を低減するために、図8に示すような燃料改質装置7が提案されている(特開平7−240224号公報)。この燃料改質装置7では、改質部3とCO低減部6を一体化しているために、改質部3とCO低減部6を別々に配置する図7の場合と比較して反応器の表面積が減少するため熱効率は向上するが、CO低減部6の図示しないCO変成器出口において、十分にCOが低減できないという問題があった。そこでCO変成器の触媒温度を制御するために改質反応に必要な水と熱交換する提案がなされたが(特開平8−165103号公報)、この場合、構造が複雑になるという問題があった。
【0006】
また、改質部3とCO低減部6の一体化による排熱低減は行われたが、それでもなお反応器からの排熱が大きく熱効率低下につながるという問題があった。
【0007】
反応器表面からの排熱を制御するためには、断熱材によって周囲を完全に包み込む手段が考えられるが、断熱材の量が嵩み、形状の肥大化、コスト高につながる。
【0008】
燃料電池システム10の図示しないパッケージ内は、燃料電池8や図示しない補機類が収納されているが、それらからの排熱によってパッケージ内の雰囲気(空気)温度は60℃以上となり、高温部では80℃に達する部位も存在する。しかしこれらの熱は、液体やガスなどとの熱交換によって回収できるほどの高レベルの熱ではないため、そのまま使用せずに放出されていた。また、補機類の使用補償温度が40℃程度の機器を使用することができなくなり、補機選択の障害にもなっていた。
【0009】
上記のように水蒸気改質反応(吸熱反応)の場合は、原燃料と共に水を混合して導入し、水蒸気改質反応に必要な熱量を供給するために改質器用バーナー9や触媒燃焼器によって熱を供給し、水蒸気改質反応を進行させるための熱源として原燃料またはオフガスを燃焼させる必要があり、そして燃焼の際には燃焼用の空気が必要であり、水素濃度75〜80%程度の水素が得られる。
【0010】
図9は、部分酸化改質による場合の燃料改質プロセスのフローを示す説明図である。部分酸化改質反応(発熱反応)の場合は、図9に示すように原燃料と空気を混合して改質器2に投入して部分酸化反応により水素リッチガスを得るものであり、反応そのものに空気が必要となる。水素濃度30〜35%程度の水素が得られる。図9において脱硫器1と改質器2が入れ替わっても良い。
【0011】
一方、オートサーマル方式による場合の燃料改質プロセスの基本的なフローは図9と同じだが、改質器2は、部分酸化反応器と水蒸気改質反応器から構成されていると考えられる。すなわち部分酸化反応で発生した熱を水蒸気改質反応に必要な熱として利用し、バランスさせて反応を進行させる。この場合、水蒸気改質反応の割合が多いほど(熱ロスが少なく水蒸気改質反応に有効に熱が利用されるほど)改質ガス中の水素濃度が高くなる。よって、原燃料の量は同じでも、水蒸気改質反応の割合を増した方が、水素濃度を高くすることができる。水素濃度38〜45%程度の水素が得られる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第1の目的は、燃料改質装置の反応器から放出される熱を、改質反応を維持するために必要な熱量を供給する燃焼用の空気の加熱に有効に使用することによって、熱効率を向上させた燃料改質装置を提供することであり、また、本発明の第2の目的は燃料電池システムパッケージ内における燃料電池や補機類、配管などの発熱体から発生する低レベルの熱も有効利用して燃焼用の空気を加熱するとともに、上記のように燃料改質装置の反応器から放出される熱も有効に使用して燃焼用の空気を加熱し、それを燃料改質装置の燃焼用の空気として使用して高発電効率を有する燃料電池システムを提供することである。
【0013】
前記課題を解決するための本発明の請求項1記載の燃料電池システムは、少なくとも炭化水素系燃料(改質用原燃料)を水素リッチなガスに改質する改質部と、この改質部で得られたガス中のCO濃度を低減するCO低減部を備え、改質プロセスに必要な反応器を筐体の中に収納し、前記改質部における改質用原燃料の改質反応を維持するために必要な熱量を供給する燃焼用空気を、前記筐体に取り付けた空気供給器により前記筐体内に取り込んで前記反応器からの放熱により予熱した後、前記改質部に導入する燃料改質装置と、この燃料改質装置で得られた水素リッチなガスが供給される燃料電池と、それらを制御、運転するのに必要な補機類が1つのパッケージ内に配置されている燃料電池システムであって、前記筐体に取り付けた空気供給器は前記パッケージ内の上部に配置され、且つ前記空気供給器により前記筐体内に取り込まれた空気が前記改質部に導入される空気導入口が、前記筐体内の下部に配置され、前記パッケージは下部から外気を導入し、パッケージの下部と前記空気供給器との間に前記補機類及び前記燃料電池を配置して、外気導入空気が前記補記類及び前記燃料電池の放熱により加熱されて空気供給器に取り込まれることを特徴とする。
【0014】
本発明の請求項2記載の燃料電池システムは、請求項1記載の燃料電池システムにおいて、前記空気供給器の導入空気の温度が60〜80℃であることを特徴とする。
【0015】
本発明の請求項3記載の燃料電池システムは、請求項1または請求項2記載の燃料電池システムにおいて、燃料改質装置の中心部に前記改質部が配置され、断熱材を介して前記CO低減部がその周囲に配置されている燃料改質装置を備えたことを特徴とする。
【0016】
本発明の請求項4記載の燃料電池システムは、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記空気供給器により前記筐体内に取り込まれた空気が前記改質部に導入される空気導入口において、導入空気温度が100〜300℃であることを特徴とする。
【0017】
本発明の燃料電池システムにおける燃料改質装置は、燃料改質装置の反応器から放出される熱を、改質反応を維持するために必要な熱量を供給する燃焼用の空気の加熱に有効に使用するので熱効率を向上できる。
本発明の燃料電池システムは、燃料電池システムパッケージ内における燃料電池や補機類、配管などの発熱体から発生する低レベルの熱も有効利用して燃焼用の空気を加熱するとともに、燃料改質装置の反応器から放出される熱も有効に使用して燃焼用の空気を加熱し、それを燃料改質装置の燃焼用の空気として使用するので高発電効率を達成できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
(燃料改質装置の参考の形態1)
図1は、燃料改質装置の一参考形態を模式的に説明する説明図で、配管や断熱材の一部などは省略してある。
図1に示すように、燃料改質装置7Aは、水蒸気改質による燃料改質を行う装置であり、燃料改質装置7Aの下方から上方に順に、原燃料中の硫黄分を脱硫する脱硫器1、水を水蒸気にする気化部12、水蒸気改質反応を進行させる改質器2、水蒸気改質反応に必要な熱量を供給する改質器用バーナー9が配設された改質部3を備え、この改質部3の周囲に断熱材13を配置し(断熱材13はCO低減部6の温度を所定の温度に一定に維持する作用効果がある)、その周囲に改質器2で得られたガス中の一酸化炭素濃度を水性シフト反応によって低減するCO低減部6を巻き付けた構造を有し(図示していないがCO低減部6の外側にも断熱材が巻き付けられている。図示していない断熱材はCO低減部6の温度を所定の温度に一定に維持する作用効果がある)、これらが筐体11の内部に配置されており、そして筐体11の下部に空気供給器14が設置され、また筺体11の下部にバーナー9の燃焼排ガスを排出する排気口15が設けられている。
【0019】
燃料改質装置7Aの運転条件を次に示す。
[運転条件]
S/C=3.0
原燃料:天然ガス(主成分:メタン)
改質器の温度:約700℃
【0020】
常温の空気を空気供給器(ファン)14により筐体11の下部内に供給すると空気は筐体11の内面と改質部3の外面との間を通って上昇する間に反応器から放出される熱により加熱されて約300℃になり、空気導入口16を経てバーナー9に原燃料の燃焼用の空気として供給される。このように燃料改質装置7Aの反応器から放出される熱を燃焼用の空気の加熱に有効に使用するので、本発明の燃料改質装置7Aの熱効率が向上する。
【0021】
(本発明の燃料改質装置の参考の形態2)
図2は、燃料改質装置の他の形態を模式的に説明する説明図で、配管や断熱材の一部などは省略してある。
図2に示すように、燃料改質装置7Bは、水蒸気改質による燃料改質を行う装置であり、燃料改質装置7Bの上方から下方に順に、原燃料中の硫黄分を脱硫する脱硫器1(脱硫温度:約150〜200℃)、水を水蒸気にする気化部12、水蒸気改質反応を進行させる改質器2、水蒸気改質反応に必要な熱量を供給する改質器用バーナー9が配設された改質部3を備え、この改質部3の周囲に断熱材13を配置し、その周囲に改質器2で得られたガス中の一酸化炭素濃度を水性シフト反応によって低減するCO低減部6を巻き付けた構造を有し(図示していないがCO低減部6の外側にも断熱材が巻き付けられている)、これらが筐体11の内部に配置されており、そして筐体11の上部に空気供給器14が設置され、また筺体11の上部にバーナー9の燃焼排ガスを排出する排気口15が設けられている。
【0022】
燃料改質装置7Bの運転条件を次に示す。
[運転条件]
S/C=3.0
原燃料:天然ガス(主成分:メタン)
改質器の温度:約700℃
【0023】
常温の空気を空気供給器(ファン)14により筐体11の上部内に供給すると空気は筐体11の内面と改質部3の外面との間を通って下降する間に反応器から放出される熱により加熱されて約300℃になり、空気導入口16を経てバーナー9に原燃料の燃焼用の空気として供給される。このように燃料改質装置7Bの反応器から放出される熱を燃焼用の空気の加熱に有効に使用するので、燃料改質装置7Bの熱効率が向上する。
【0024】
(燃料改質装置の参考の形態3)
上記の参考形態2では脱硫器1の温度が約150〜200℃の場合の例を示した。
しかし、脱硫器1としては常温で吸着反応により原燃料中の硫黄分を脱硫するものがある。この場合は、脱硫器1を筐体11の外部に設置し、脱硫した原燃料を筐体11の内部の改質部3に導入する。このようにした以外は参考の形態2と同様になっており、参考の形態2と同じ効果が得られる。
【0025】
(燃料改質装置の参考の形態4)
上記の参考形態2および参考形態3に示した脱硫器1を組み合わせて脱硫器を2つ使用することができる。
すなわち、1つの脱硫器を筐体11の外部に設置し、もう1つの脱硫器を筐体11の内部に設置し、まず筐体11の外部に設置した脱硫器で脱硫し、脱硫した原燃料をさらに筐体11の内部に設置した脱硫器で脱硫し、2段階で脱硫して硫黄分を十分に低減した原燃料を筐体11の内部の改質部3に導入する。このようにした以外は参考の形態2と同様になっており、参考の形態2と同じ効果が得られるとともに、筐体11の内部に設置した脱硫器のみを用いる場合は触媒量を多くしないと硫黄分を十分に低減できる期間が短くなるが、このように2段階で脱硫すると、筐体11の内部に設置した脱硫器の触媒量を特に多くしなくても外部に設置した脱硫器を交換することにより硫黄分を十分に低減できる期間が長くなり、改質装置ごと交換する期間を長くできる。
【0026】
(燃料改質装置の参考の形態5)
図3は、本発明の燃料改質装置の他の実施形態を模式的に説明する説明図で、配管や断熱材の一部などは省略してある。
図3に示すように、燃料改質装置7Cは、水蒸気改質による燃料改質を行う装置であり、燃料改質装置7Cの下方から上方に順に、水蒸気改質反応に必要な熱量を供給する改質器用バーナー9、実施の形態1で示した改質部3、この改質部3の周囲に断熱材13を配置し、その周囲に改質部3で得られたガス中の一酸化炭素を変成するCO変成器4を巻き付け(図示していないがCO低減器4の外側にも断熱材が巻き付けられている)、CO変成器4の下流に選択酸化反応によってCO濃度を10ppm以下に低減するCO除去器5を備え、これらが筐体11の内部に配置されており、そして筐体11の上部に空気供給器14が設置され、また筺体11の上部にバーナー9の燃焼排ガスを排出する排気口15が設けられている。図示しないが、改質部3の上流側に原燃料中の硫黄分を脱硫する脱硫器を設置してもよい。
【0027】
燃料改質装置7Cの運転条件を次に示す。
[運転条件]
S/C=3.0
原燃料:天然ガス(主成分:メタン)
改質器の温度:約700℃
CO除去器への投入空気:O2 /CO=1.5
【0028】
常温の空気を空気供給器(ファン)14により筐体11の上部内に供給すると空気は筐体11の内面とCO除去器5や改質部3の外面との間を通って下降する間に反応器から放出される熱により加熱されて約300℃になり、空気導入口16を経てバーナー9に原燃料の燃焼用の空気として供給される。このように燃料改質装置7Cの反応器から放出される熱を燃焼用の空気の加熱に有効に使用するので、本発明の燃料改質装置7Cの熱効率が向上する。
【0029】
(本発明の燃料電池システムの実施の形態1)
図4は、本発明の燃料電池システムの1実施の形態を模式的に説明する説明図である。
図4に示すように、本発明の燃料電池システム21は、図3に示した本発明の燃料改質装置7Cと、燃料電池モジュール[燃料電池17(約80℃)、燃料電池17を冷却するための水タンク18(約80℃)など、およびそれらを運転するために必要なポンプ、タンク、モータなどの補機類19(約40〜60℃)、制御基盤など]を1つのパッケージ20内の所定の箇所に配置して収納した構成になっている。
【0030】
パッケージ20の下方からパッケージ20内に吸い込んだ外気を、ポンプ、タンク、モータなどの補機類19、制御基盤、燃料電池17、水タンク18などの発熱体から発生する低レベルの熱を利用して約60〜80℃に加熱して、燃料改質器7Cの上部に取り付けた空気供給器14から筐体11内に取り入れ、筐体11の内面とCO除去器5や改質部3の外面との間を通って下降する間に反応器から放出される熱により加熱されて約300℃になり、空気導入口16を経てバーナー9に原燃料の燃焼用の空気として供給される。
【0031】
燃料改質装置7Cの運転条件を次に示す。
[運転条件]
S/C=3.0
原燃料:天然ガス(主成分:メタン)
改質器の温度:約700℃
CO除去器への投入空気:O2 /CO=1.5
【0032】
本発明の燃料電池システム21は、パッケージ20内における燃料電池17や補機類19、図示しない配管などの発熱体から発生する低レベルの熱も有効利用して燃焼用の空気を加熱するとともに、燃料改質装置7Cの反応器から放出される熱も有効に使用して燃焼用の空気を加熱し、それを燃料改質装置7Cの燃焼用の空気として使用するので高発電効率を達成できる。パッケージ20内に吸い込んだ外気は、ポンプ、タンク、モータなどの補機類19や制御基盤などを冷却する効果がある。
表1に、投入電力(w)、発電量(w)、発電効率(%)、熱回収量(w)、熱回収効率(%)、制御用電力(w)、熱ロス量(w)の関係を示す。
【0033】
(燃料電池システムの参考の形態2)
図5は、燃料電池システムの参考の形態を模式的に説明する説明図である。
図5に示すように、燃料電池システム22は、図3に示した燃料改質装置7Cを上下逆にして(燃料改質装置7C' )1つのパッケージ20内の所定の箇所に配置して収納するとともに、燃料電池モジュール[燃料電池17(約80℃)、燃料電池17を冷却するための水タンク18(約80℃)など、およびそれらを運転するために必要なポンプ、タンク、モータなどの補機類19(約40〜60℃)、制御基盤など]がパッケージ20内の所定の箇所に配置して収納した構成になっている。
【0034】
パッケージ20内に吸い込んだ外気を、ポンプ、タンク、モータなどの補機類19、制御基盤、燃料電池17、水タンク18などの発熱体から発生する低レベルの熱を利用して約60〜80℃に加熱して、燃料改質器の下部に取り付けた空気供給器14から筐体11内に取り入れ、筐体11の内面とCO除去器5や改質部3の外面との間を通って上昇する間に反応器から放出される熱により加熱されて約300℃になり、空気導入口16を経てバーナー9に原燃料の燃焼用の空気として供給される。
【0035】
燃料改質装置の運転条件を次に示す。
[運転条件]
S/C=3.0
原燃料:天然ガス(主成分:メタン)
改質器の温度:約700℃
CO除去器への投入空気:O2 /CO=1.5
【0036】
燃料電池システム22は、パッケージ20内における燃料電池17や補機類19、図示しない配管や制御盤などの発熱体から発生する低レベルの熱も有効利用して燃焼用の空気を加熱するとともに、燃料改質装置の反応器から放出される熱も有効に使用して燃焼用の空気を加熱し、それを燃料改質装置の燃焼用の空気として使用するので高発電効率を達成できる。パッケージ20内に吸い込んだ外気は、ポンプ、タンク、モータなどの補機類19や制御基盤などを冷却する効果がある。
表1に、投入電力(w)、発電量(w)、発電効率(%)、熱回収量(w)、熱回収効率(%)、制御用電力(w)、熱ロス量(w)の関係を示す。
【0037】
(比較のための燃料改質装置の例1)
図7に、比較のための燃料改質装置を模式的に示す。
比較のための燃料改質装置7は、図7に示すように改質部3、CO低減部6などの反応器を筐体11内に設置してある。改質部3やCO低減部6などの反応器から放出された熱によって暖められた空気を燃焼用の空気として改質器用バーナー9に導入し、排熱を有効利用するものである。
【0038】
比較のための燃料改質装置の運転条件を次に示す。
[運転条件]
S/C=3.0
原燃料:天然ガス(主成分:メタン)
改質器の温度:約700℃
CO除去器への投入空気:O2 /CO=1.5
【0039】
しかし燃焼用の空気導入のためのファンFが筐体11内部に設置されており、ファンFへ導入する空気の温度を60℃程度にしか上昇させることができない。また1.加熱された空気は膨張しており、燃焼に適する空気量を供給するための消費電力が、ファンFを筐体11外に設置した場合より多くなる、2.ファンFの耐熱温度以上に導入空気の温度を上昇させることができない上、改質部3及びCO低減部6それぞれから放出された熱を有効利用できず、すなわち改質部3及びCO低減部6からの排熱が多く、筐体11から放出された熱を有効利用できず、すなわち筐体11からの排熱も大きい。
表1に、比較のための燃料改質装置の例1を用いた燃料電池発電システムについてテストした場合における、投入電力(w)、発電量(w)、発電効率(%)、熱回収量(w)、熱回収効率(%)、制御用電力(w)、熱ロス量(w)の関係を示す。
【0040】
(比較のための燃料改質装置の例2)
図8に、比較のための他の燃料改質装置を模式的に示す。
図8に示すように、燃料改質装置7は、改質部3の周囲に図示しない断熱材を配置し、その周囲に、改質部3から出たガス中のCO濃度を水性シフト反応によって低減するCO低減部6を巻き付けた構造を有しており図示しない筐体中に収納されている(特開平7−240224号公報、特開平8−165103号公報参照)。
改質部3の周囲にCO低減部6を巻き付けることにより、改質部3からの熱ロスを低減できるが、全体的に放熱している熱ロス分を有効活用できていない。
【0041】
【表1】
【0042】
表1から本発明の燃料改質装置を用いた燃料電池発電システムは、発電効率が高く、熱ロス量が少ないことが判る。それに対して比較のための燃料改質装置の例1を用いた燃料電池発電システムは、発電効率が低く、熱ロス量が大きいことが判る。
【0043】
なお、上記実施形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【0044】
【発明の効果】
本発明の請求項1記載の燃料電池システムは、少なくとも炭化水素系燃料(改質用原燃料)を水素リッチなガスに改質する改質部と、この改質部で得られたガス中のCO濃度を低減するCO低減部を備え、改質プロセスに必要な反応器を筐体の中に収納し、前記改質部における改質用原燃料の改質反応を維持するために必要な熱量を供給する燃焼用空気を、前記筐体に取り付けた空気供給器により前記筐体内に取り込んで前記反応器からの放熱により予熱した後、前記改質部に導入する燃料改質装置と、この燃料改質装置で得られた水素リッチなガスが供給される燃料電池と、それらを制御、運転するのに必要な補機類が1つのパッケージ内に配置されている燃料電池システムであって、前記筐体に取り付けた空気供給器は前記パッケージ内の上部に配置され、且つ前記空気供給器により前記筐体内に取り込まれた空気が前記改質部に導入される空気導入口が、前記筐体内の下部に配置され、前記パッケージは下部から外気を導入し、パッケージの下部と前記空気供給器との間 に前記補機類及び前記燃料電池を配置して、外気導入空気が前記補記類及び前記燃料電池の放熱により加熱されて空気供給器に取り込まれることを特徴としているので、燃料電池システムパッケージ内における燃料電池や補機類、配管などの発熱体から発生する低レベルの熱も有効利用して燃焼用の空気を加熱するとともに、燃料改質装置の反応器から放出される熱も有効に使用して燃焼用の空気を加熱し、それを燃料改質装置の燃焼用の空気として使用するので高発電効率を達成できるという顕著な効果を奏する。
本発明の請求項1記載の燃料電池システムのパッケージ内には、燃料電池や補機類が収納されており、それらからの排熱によってパッケージ内の雰囲気(空気)温度は60℃以上となり、高温部では80℃に達する部位も存在するが、これら燃料電池や、制御基盤、補機類、配管などの発熱体から発生する低レベルの熱も有効利用して燃焼用の空気を加熱するようにした結果、制御基盤、補機類、配管などの発熱体から発生する低レベルの熱も有効利用して燃焼用盤や補機類などは冷却されるので、使用補償温度が40℃程度の機器を使用可能になり、補機類などの選択可能範囲を拡大できるという顕著な効果を奏する。
【0045】
本発明の請求項2記載の燃料電池システムは、請求項1記載の燃料電池システムにおいて、前記空気供給器の導入空気の温度が60〜80℃であるので、請求項1記載の燃料電池システムと同じ効果を奏する上、燃料電池や補機類の排熱によってパッケージ内の雰囲気(空気)温度が60℃以上となり、燃料電池の作動温度が約80℃でパッケージ内の高温部では80℃に達する部位も存在することからすれば、燃料電池システムパッケージ内における燃料電池や補機類、配管などの発熱体から発生する低レベルの熱をより有効利用できたということになる。
【0046】
本発明の請求項3記載の燃料電池システムは、請求項1または請求項2のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、燃料改質装置の中心部に前記改質部が配置され、断熱材を介して前記CO低減部がその周囲に配置されている燃料改質装置を備えたので、請求項
1または請求項2記載の燃料電池システムと同じ効果を奏する上、CO低減部の温度を一定に維持できる上、燃料改質装置の反応器と有効に熱交換でき、熱効率をより向上できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【0047】
本発明の請求項4記載の燃料電池システムは、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記空気供給器により前記筐体内に取り込まれた空気が前記改質部に導入される空気導入口において、導入空気温度が100〜300℃であるので、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の燃料電池システムと同じ効果を奏する上、導入空気温度が100℃未満では燃料改質装置の反応器から放出される熱を有効に使用しているとはいえない上、CO除去器を作動できる最低温度が100℃であるのでCO除去器をよく作動できなくなる恐れがあり、逆に導入空気温度が300℃を超えるとCO変成部を作動できる最高温度が300℃であるのでCO変成部をよく作動できなくなる恐れがあり、導入空気温度が100〜300℃であるとCO除去器やCO変成部を良好に作動させつつ燃料改質装置の反応器の放熱を有効に利用して熱効率をより向上できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 燃料改質装置の一参考形態を模式的に説明する説明図である。
【図2】 燃料改質装置の他の参考形態を模式的に説明する説明図である。
【図3】 燃料改質装置の他の参考形態を模式的に説明する説明図である。
【図4】 本発明の燃料電池システムの一実施形態を模式的に説明する説明図である。
【図5】 燃料電池システムの参考形態を模式的に説明する説明図である。
【図6】 水蒸気改質による場合の一般的な燃料改質プロセスのフローを示す説明図である。
【図7】 従来の燃料改質装置の実施形態を模式的に説明する説明図である。
【図8】 従来の燃料改質装置の他の実施形態を模式的に説明する説明図である。
【図9】 部分酸化改質による場合の燃料改質プロセスのフローを示す説明図である。
【符号の説明】
1 脱硫器
2 改質器
3 改質部
4 CO変成器
5 CO除去器
6 CO低減部
7、7A、7B、7C、7C' 燃料改質装置
8、17 燃料電池
9 改質器用バーナー
10、21、22 燃料電池システム
11 筐体
12 気化部
13 断熱材
14 空気供給器
15 排気口
16 空気導入口
18 水タンク
19 補機類
20 パッケージ
Claims (4)
- 少なくとも炭化水素系燃料(改質用原燃料)を水素リッチなガスに改質する改質部と、この改質部で得られたガス中のCO濃度を低減するCO低減部を備え、改質プロセスに必要な反応器を筐体の中に収納し、前記改質部における改質用原燃料の改質反応を維持するために必要な熱量を供給する燃焼用空気を、前記筐体に取り付けた空気供給器により前記筐体内に取り込んで前記反応器からの放熱により予熱した後、前記改質部に導入する燃料改質装置と、この燃料改質装置で得られた水素リッチなガスが供給される燃料電池と、それらを制御、運転するのに必要な補機類が1つのパッケージ内に配置されている燃料電池システムであって、前記筐体に取り付けた空気供給器は前記パッケージ内の上部に配置され、且つ前記空気供給器により前記筐体内に取り込まれた空気が前記改質部に導入される空気導入口が、前記筐体内の下部に配置され、前記パッケージは下部から外気を導入し、パッケージの下部と前記空気供給器との間に前記補機類及び前記燃料電池を配置して、外気導入空気が前記補記類及び前記燃料電池の放熱により加熱されて空気供給器に取り込まれることを特徴とする燃料電池システム。
- 前記空気供給器の導入空気の温度が60〜80℃であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
- 燃料改質装置の中心部に前記改質部が配置され、断熱材を介して前記CO低減部がその周囲に配置されている燃料改質装置を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記空気供給器により前記筐体内に取り込まれた空気が前記改質部に導入される空気導入口において、導入空気温度が100〜300℃であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の燃料電池システム。
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