JP4467929B2 - Fuel cell power generation system - Google Patents

Fuel cell power generation system Download PDF

Info

Publication number
JP4467929B2
JP4467929B2 JP2003300294A JP2003300294A JP4467929B2 JP 4467929 B2 JP4467929 B2 JP 4467929B2 JP 2003300294 A JP2003300294 A JP 2003300294A JP 2003300294 A JP2003300294 A JP 2003300294A JP 4467929 B2 JP4467929 B2 JP 4467929B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen
reformer
fuel cell
fuel
power generation
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003300294A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005071813A (en
Inventor
哲夫 武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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 Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2003300294A priority Critical patent/JP4467929B2/en
Publication of JP2005071813A publication Critical patent/JP2005071813A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4467929B2 publication Critical patent/JP4467929B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、二種類の燃料電池セルスタックを組み合わせて、高効率な発電を行うようにした燃料電池発電システムにおいて、低温で作動する燃料電池セルスタックを用いた燃料電池発電システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell power generation system using a fuel cell stack that operates at a low temperature in a fuel cell power generation system that combines two types of fuel cell stacks to perform high-efficiency power generation.

図16は、二種類の燃料電池セルスタックを組み合わせて高効率な発電を行う従来の燃料電池発電システムの構成を示す図(例えば、非特許文献1参照)である。図16に示した従来の燃料電池発電システムでは、第一の燃料電池セルスタックとして固体酸化物形燃料電池セルスタックを用い、第二の燃料電池セルスタックとして固体高分子形燃料電池セルスタックを用いている。   FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a conventional fuel cell power generation system that performs high-efficiency power generation by combining two types of fuel cell stacks (see, for example, Non-Patent Document 1). In the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16, a solid oxide fuel cell stack is used as the first fuel cell stack, and a solid polymer fuel cell stack is used as the second fuel cell stack. ing.

図16に示した燃料電池発電システムは、主に脱硫器2、改質器3、固体酸化物形燃料電池セルスタック38、COシフトコンバータ4、CO選択酸化器5、凝縮器29、固体高分子形燃料電池セルスタック9、出力調整装置16、48、流量制御弁(10、11、27等)、空気供給用ブロワ12、および配管類により構成される。図16において、1は天然ガス、2は脱硫器、3は改質器、4はCOシフトコンバータ、5はCO選択酸化器、6は燃料極、7は固体高分子電解質、8は空気極、9は固体高分子形燃料電池セルスタック、10は固体高分子形燃料電池セルスタックの発電用空気25の流量を制御する流量制御弁、11はCO選択酸化器用空気26の供給量を制御する流量制御弁、12は空気供給用ブロワ、13は固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス、14は空気、15は固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス、16は出力調整装置、17は負荷、18は燃料電池直流出力、19は送電端交流出力、20は一酸化炭素濃度をppmオーダーに低減させた改質ガス、21は一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた改質ガス、22は水素リッチな改質ガス、23は水蒸気と脱硫天然ガスの混合ガス、24は脱硫天然ガス、25は固体高分子形燃料電池セルスタックの発電用空気、26はCO選択酸化器用空気、27は天然ガス1の供給量を制御する流量制御弁、28は未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス、29は凝縮器、30は電池反応による生成水、31は凝縮水、32は脱硫器リサイクル用改質ガス、33は脱硫器リサイクル用改質ガスの供給量を制御する流量制御弁、34はCO選択酸化器用改質ガス、35は燃料極、36は固体酸化物電解質、37は空気極、38は固体酸化物形燃料電池セルスタック、39は固体酸化物形燃料電池セルスタックの発電用空気、40は改質器リサイクル用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス41の供給量を制御する流量制御弁、41は改質器リサイクル用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス、42は固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス、43は固体酸化物形燃料電池セルスタックの発電用空気39の供給量を制御する流量制御弁、44は固体酸化物形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス、45は排出用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス、46は水素リッチな改質ガス22のCOシフトコンバータ4への供給量を制御する流量制御弁、47は水素リッチな改質ガス22の固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35への供給量を制御する流量制御弁、48は出力調整装置、49は負荷、50は燃料電池直流出力、51は送電端交流出力である。
上記「水素リッチ」とは、電池反応によって発電に寄与するに足りる濃度の水素を含有することを意味する。
The fuel cell power generation system shown in FIG. 16 mainly includes a desulfurizer 2, a reformer 3, a solid oxide fuel cell stack 38, a CO shift converter 4, a CO selective oxidizer 5, a condenser 29, and a solid polymer. The fuel cell stack 9, output regulators 16 and 48, flow control valves (10, 11, 27, etc.), air supply blower 12, and piping are included. In FIG. 16, 1 is natural gas, 2 is a desulfurizer, 3 is a reformer, 4 is a CO shift converter, 5 is a CO selective oxidizer, 6 is a fuel electrode, 7 is a solid polymer electrolyte, 8 is an air electrode, 9 is a flow rate control valve for controlling the flow rate of power generation air 25 in the polymer electrolyte fuel cell stack, and 11 is a flow rate for controlling the supply amount of CO selective oxidizer air 26. Control valve, 12 is an air supply blower, 13 is an air electrode exhaust gas of the polymer electrolyte fuel cell stack, 14 is air, 15 is a fuel electrode exhaust gas of the polymer electrolyte fuel cell stack, and 16 is an output adjustment. Device, 17 is a load, 18 is a fuel cell DC output, 19 is a power transmission end AC output, 20 is a reformed gas whose carbon monoxide concentration is reduced to the ppm order, and 21 is a carbon monoxide concentration reduced to 1% or less. Modified gas, 22 Hydrogen-rich reformed gas, 23 is a mixed gas of steam and desulfurized natural gas, 24 is desulfurized natural gas, 25 is power generation air for the polymer electrolyte fuel cell stack, 26 is air for CO selective oxidizer, and 27 is natural A flow control valve for controlling the supply amount of gas 1, 28 is a reformed gas obtained by condensing unreacted water vapor, 29 is a condenser, 30 is water generated by a battery reaction, 31 is condensed water, and 32 is a modified desulfurizer for recycling. 33, a flow control valve for controlling the supply amount of reforming gas for desulfurizer recycling, 34, reforming gas for CO selective oxidizer, 35, fuel electrode, 36, solid oxide electrolyte, 37, air electrode, 38 Is the solid oxide fuel cell stack, 39 is the power generation air for the solid oxide fuel cell stack, 40 is the supply amount of the anode discharge gas 41 of the solid oxide fuel cell stack for reformer recycling control 41 is a fuel electrode exhaust gas of the solid oxide fuel cell stack for reformer recycling, 42 is a fuel electrode exhaust gas of the solid oxide fuel cell stack, and 43 is a solid oxide fuel cell. A flow rate control valve for controlling the supply amount of power generation air 39 in the cell stack, 44 is an air electrode exhaust gas of the solid oxide fuel cell stack, and 45 is a fuel electrode exhaust gas of the solid oxide fuel cell stack for discharge. , 46 is a flow control valve for controlling the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the CO shift converter 4, and 47 is a fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38 of the hydrogen-rich reformed gas 22. , 48 is an output adjusting device, 49 is a load, 50 is a fuel cell DC output, and 51 is a power transmission end AC output.
The above “hydrogen rich” means containing hydrogen at a concentration sufficient to contribute to power generation by a battery reaction.

図16において、固体高分子形燃料電池セルスタック9が一組の燃料極6、固体高分子電解質7、および空気極8からなる単セルによって構成されているように示されているが、実際には固体高分子形燃料電池セルスタック9は複数の単セルから構成されている。同様に、固体酸化物形燃料電池セルスタック38も一組の燃料極35、固体酸化物電解質36、および空気極37からなる単セルによって構成されているように示されているが、実際には固体酸化物形燃料電池セルスタック38は複数の単セルから構成されている。   In FIG. 16, the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is shown as being constituted by a single cell composed of a pair of fuel electrode 6, solid polymer electrolyte 7, and air electrode 8. The polymer electrolyte fuel cell stack 9 is composed of a plurality of single cells. Similarly, the solid oxide fuel cell stack 38 is shown as being constituted by a single cell composed of a pair of fuel electrode 35, solid oxide electrolyte 36, and air electrode 37. The solid oxide fuel cell stack 38 is composed of a plurality of single cells.

以下、図16を用いて、二種類の燃料電池セルスタックを組み合わせて高効率な発電を行う従来の燃料電池発電システムの作用を説明する。燃料の天然ガス1を脱硫器2に供給する。天然ガス1の供給量は、あらかじめ設定された燃料電池直流出力18の電池電流および燃料電池直流出力50の電池電流と流量制御弁27の開度(すなわち、天然ガス1の供給量)の関係に基づいて、流量制御弁37の開度を制御することによって、燃料電池直流出力18の電池電流および燃料電池直流出力50の電池電流に見合った値に設定する。   Hereinafter, the operation of a conventional fuel cell power generation system that performs high-efficiency power generation by combining two types of fuel cell stacks will be described with reference to FIG. Fuel natural gas 1 is supplied to a desulfurizer 2. The supply amount of the natural gas 1 has a relationship between the preset battery current of the fuel cell DC output 18 and the battery current of the fuel cell DC output 50 and the opening of the flow control valve 27 (that is, the supply amount of the natural gas 1). Based on this, the opening degree of the flow control valve 37 is controlled to set a value corresponding to the battery current of the fuel cell DC output 18 and the battery current of the fuel cell DC output 50.

脱硫器2では、充填された脱硫触媒のコバルト−モリブデン系触媒と酸化亜鉛吸着剤の働きにより、改質器3の改質触媒と固体高分子形燃料電池セルスタック9の燃料極6および固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35の電極触媒の劣化原因となる天然ガス1中のメルカプタン等の腐臭剤に含まれる硫黄分を水添脱硫により吸着除去する。すなわち、コバルト−モリブデン系触媒により最初に硫黄と水素を反応させて硫化水素を生成させ、次にこの硫化水素と酸化亜鉛を反応させることによって硫化亜鉛を生成させ、硫黄分を除去する。   In the desulfurizer 2, the reformed catalyst of the reformer 3, the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, and the solid oxidation are acted on by the action of the cobalt-molybdenum-based catalyst and the zinc oxide adsorbent of the filled desulfurization catalyst. The sulfur content contained in the odorant such as mercaptan in the natural gas 1 that causes deterioration of the electrode catalyst of the fuel electrode 35 of the physical fuel cell stack 38 is adsorbed and removed by hydrodesulfurization. Specifically, sulfur and hydrogen are first reacted with a cobalt-molybdenum-based catalyst to generate hydrogen sulfide, and then hydrogen sulfide and zinc oxide are reacted to generate zinc sulfide to remove the sulfur content.

硫化水素の生成に必要な水素を供給するために、水素リッチな一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた改質ガス21の一部を、脱硫器リサイクル用改質ガス32として脱硫器2にリサイクルする。脱硫器リサイクル用改質ガス32の供給量は、あらかじめ設定された流量制御弁27の開度(すなわち、天然ガス1の供給量)と流量制御弁33の開度(すなわち、脱硫器リサクル用改質ガス32の供給量)の関係に基づいて、流量制御弁33の開度を制御することによって、天然ガス1の供給量と見合った値に設定する。硫化水素と硫化硫黄の生成反応は吸熱反応であり、反応に必要な反応熱は、後述する発熱反応であるCOシフトコンバータ4での水性シフト反応によって発生する熱をCOシフトコンバータ4から脱硫器2に供給することによって賄う。   In order to supply hydrogen necessary for the production of hydrogen sulfide, a part of the reformed gas 21 in which the concentration of hydrogen-rich carbon monoxide is reduced to 1% or less is used as a reformed gas 32 for desulfurizer recycling. Recycle to. The supply amount of the reforming gas 32 for recycling the desulfurizer is based on the preset opening degree of the flow control valve 27 (that is, the supply amount of natural gas 1) and opening degree of the flow control valve 33 (that is, the desulfurizer recycler). Based on the relationship of the supply amount of the quality gas 32), the opening degree of the flow control valve 33 is controlled to set a value commensurate with the supply amount of the natural gas 1. The generation reaction of hydrogen sulfide and sulfur sulfide is an endothermic reaction, and the reaction heat necessary for the reaction is the heat generated by the aqueous shift reaction in the CO shift converter 4 which is an exothermic reaction described later from the CO shift converter 4 to the desulfurizer 2. To cover by supplying to.

脱硫器2で脱硫された脱硫天然ガス24は、固体酸化物形燃料電池セルスタック38で電池反応により生成した水蒸気を含む改質器リサイクル用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス41と混合した後に、水蒸気と脱硫天然ガスの混合ガス23として改質器3に供給する。改質器リサイクル用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス41の供給量は、あらかじめ設定された流量制御弁27の開度(すなわち、天然ガス1の供給量)と流量制御弁40の開度(すなわち、改質器リサイクル用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス41の供給量)の関係に基づいて、流量制御弁40の開度を制御することによって、天然ガス1の供給量に対して水蒸気と脱硫天然ガスの混合ガス23のスチームカーボン比(水蒸気の天然ガス1中の炭秦に対するモル比)があらかじめ設定された所定の値となるように設定する。   The desulfurized natural gas 24 desulfurized in the desulfurizer 2 is an anode exhaust gas 41 of the solid oxide fuel cell stack for reformer recycling containing water vapor generated by the battery reaction in the solid oxide fuel cell stack 38. Then, the mixture is supplied to the reformer 3 as a mixed gas 23 of steam and desulfurized natural gas. The supply amount of the anode discharge gas 41 of the solid oxide fuel cell stack for reformer recycling is determined based on the preset opening degree of the flow control valve 27 (that is, the supply amount of natural gas 1) and the flow control valve 40. Natural gas by controlling the opening degree of the flow rate control valve 40 based on the relationship of the opening degree (that is, the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 41 of the solid oxide fuel cell stack for reformer recycling). The steam carbon ratio of the mixed gas 23 of water vapor and desulfurized natural gas (the molar ratio of water vapor to anthrax in the natural gas 1) is set to a predetermined value with respect to the supply amount of 1.

改質器3では、充填されたニッケル、ルテニウム等の金属を担持したアルミナ等の金属酸化物からなる改質触媒の働きにより天然ガス1に含まれる炭化水素の水蒸気改質反応が行われ、水素リッチな改質ガス22が作られる。天然ガス1の主成分であるメタンの水蒸気改質反応は(化1)式で表される。
(メタンの水蒸気改質反応)
CH+HO→CO+3H………(化1)
この(化1)式に示したメタンの水蒸気改質反応等の炭化水素の水蒸気改質反応は吸熱反応であり、効率的に水素を生成させるためには、改質器3の外部から必要な反応熱を供給し、改質器3の温度を700〜750℃に維持することが必要である。このため、後述する改質器3の近傍に設置された800〜1000℃で発電を行う固体酸化物形燃料電池セルスタック38の高温排熱を、炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱として改質器3に供給する。
In the reformer 3, a steam reforming reaction of hydrocarbons contained in the natural gas 1 is performed by the action of a reforming catalyst made of a metal oxide such as alumina carrying a metal such as nickel or ruthenium that has been charged, Rich reformed gas 22 is produced. The steam reforming reaction of methane, which is the main component of natural gas 1, is expressed by the formula (1).
(Methane steam reforming reaction)
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (Chemical formula 1)
The steam reforming reaction of hydrocarbons such as the steam reforming reaction of methane shown in the formula (1) is an endothermic reaction and is necessary from the outside of the reformer 3 in order to efficiently generate hydrogen. It is necessary to supply heat of reaction and maintain the temperature of the reformer 3 at 700 to 750 ° C. Therefore, the high-temperature exhaust heat of the solid oxide fuel cell stack 38 installed near the reformer 3 described later and generating power at 800 to 1000 ° C. is used as the reaction heat necessary for the hydrocarbon steam reforming reaction. To the reformer 3.

改質器3で作られた水素リッチな改質ガス22の一部はCOシフトコンバータ4に供給し、残りは固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35に供給する。COシフトコンバータ4への水素リッチな改質ガス22の供給量は、あらかじめ設定された燃料電池直流出力18の直流電流と流量制御弁46の開度(すなわち、COシフトコンバータ4への水素リッチな改質ガス22の供給量)の関係に基づいて、流量制御弁46の開度を制御することによって、燃料電池直流出力18の直流電流に見合った値に設定する。一方、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35への水素リッチな改質ガス22の供給量は、あらかじめ設定した燃料電池直流出力50の直流電流と流量制御弁47の開度(すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35への水素リッチな改質ガス22の供給量)の関係に基づいて、流量制御弁47の開度を制御することによって、燃料電池直流出力50の直流電流に見合った値に設定する。   A part of the hydrogen-rich reformed gas 22 produced by the reformer 3 is supplied to the CO shift converter 4, and the rest is supplied to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38. The supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the CO shift converter 4 is determined based on the preset direct current of the fuel cell DC output 18 and the opening degree of the flow control valve 46 (that is, the hydrogen rich rich gas to the CO shift converter 4). Based on the relationship of the supply amount of the reformed gas 22), the opening degree of the flow control valve 46 is controlled to set a value commensurate with the DC current of the fuel cell DC output 18. On the other hand, the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38 is determined by the direct current of the fuel cell DC output 50 and the opening degree of the flow control valve 47 (that is, The fuel cell DC output is controlled by controlling the opening degree of the flow rate control valve 47 based on the relationship of the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38). Set to a value commensurate with 50 direct currents.

固体酸化物形燃料電池セルスタック38の空気極37には、空気供給用ブロワ12を用いて取り込んだ空気14の一部を固体酸化物形燃料電池セルスタックの発電用空気39として供給する。固体酸化物形燃料電池セルスタックの発電用空気39の供給量は、あらかじめ設定した燃料電池直流出力50の直流電流と流量制御弁43の開度(すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタックの発電用空気39の供給量)の関係に基づいて、流量制御弁43の開度を制御することによって、燃料電池直流出力50の直流電流に見合った値に設定する。   A part of the air 14 taken in using the air supply blower 12 is supplied to the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38 as power generation air 39 of the solid oxide fuel cell stack. The supply amount of the power generation air 39 of the solid oxide fuel cell stack includes a preset direct current of the fuel cell DC output 50 and an opening of the flow control valve 43 (that is, power generation of the solid oxide fuel cell stack). Based on the relationship of the supply amount of the working air 39), the opening degree of the flow control valve 43 is controlled to set a value commensurate with the direct current of the fuel cell direct current output 50.

固体酸化物形燃料電池セルスタック38の空気極37では、金属酸化物系電極触媒の働きで、固体酸化物形燃料電池セルスタック発電用空気39中の酸素が(化2)式に示す空気極反応により電子と反応し酸素イオンに変わる。
(空気極反応)
1/2O+2e→O2−………(化2)
空気極37で生成した酸素イオンは、安定化ジルコニア(YSZ)等の固体酸化物電解質36の内部を移動し、燃料極35に到達する。燃料極35では、ニッケル−YSZサーメット、ルテニウム−YSZサーメット等の金属系電極触媒の働きで、空気極から固体酸化物電解質36の内部を燃料極に移動してきた酸素イオンが、(化3)式および(化4)式に示す反応により燃料極35に供給された水素リッチ改質ガス22中の水素および一酸化炭素と反応し、水蒸気または二酸化炭素と電子が生成する。
(燃料極反応)
+O2−→HO+2e………(化3)
CO+O2−→CO+2e………(化4)
燃料極35で生成した電子は、外部回路を移動し、空気極37に到達する。空気極37に到達した電子は、前述した(化2)式に示した空気極反応により酸素と反応する。この電子が外部回路を移動する過程で、電気エネルギーを燃料電池直流出力50として取り出すことができる。
(化2)式と(化3)式、および(化2)式と(化4)式をまとめると、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の電池反応は、(化5)式に示す水素と酸素から水蒸気ができる水の電気分解の逆反応と、(化6)式に示す一酸化炭素と酸素から二酸化炭素が生成する反応として表すことができる。
(電池反応)
+1/2O→HO………(化5)
CO+1/2O→CO………(化6)
固体酸化物形燃料電池セルスタック38の発電によって得られた燃料電池直流出力50は、負荷49に合わせて出力調整装置48で電圧の変換と直流から交流への変換を行った後に、送電端交流出力51として負荷49に供給する。なお、図16では、出力調整装置48で直流から交流への変換を行っているが、出力調整装置48で電圧変換のみを行い、送電端直流出力を負荷49に供給してもよい。
In the air electrode 37 of the solid oxide fuel cell stack 38, oxygen in the solid oxide fuel cell stack power generation air 39 is expressed by the formula (2) by the action of the metal oxide electrode catalyst. The reaction reacts with electrons and turns into oxygen ions.
(Air electrode reaction)
1 / 2O 2 + 2e → O 2− (2)
Oxygen ions generated at the air electrode 37 move inside the solid oxide electrolyte 36 such as stabilized zirconia (YSZ) and reach the fuel electrode 35. In the fuel electrode 35, oxygen ions that have moved from the air electrode to the fuel electrode inside the solid oxide electrolyte 36 by the action of a metal-based electrode catalyst such as nickel-YSZ cermet, ruthenium-YSZ cermet, And it reacts with hydrogen and carbon monoxide in the hydrogen-rich reformed gas 22 supplied to the fuel electrode 35 by the reaction shown in the chemical formula (4), and steam or carbon dioxide and electrons are generated.
(Fuel electrode reaction)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e (Chemical formula 3)
CO + O 2− → CO 2 + 2e (Chemical formula 4)
Electrons generated at the fuel electrode 35 travel through an external circuit and reach the air electrode 37. The electrons that have reached the air electrode 37 react with oxygen by the air electrode reaction shown in the formula (2). Electric energy can be taken out as the fuel cell DC output 50 in the process of the electrons moving through the external circuit.
Summarizing the formulas (2) and (3), and the formulas (2) and (4), the battery reaction of the solid oxide fuel cell stack 38 is represented by hydrogen represented by the formula (5). It can be expressed as the reverse reaction of the electrolysis of water in which water vapor is generated from oxygen and the reaction in which carbon dioxide is generated from carbon monoxide and oxygen shown in the formula (6).
(Battery reaction)
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O ... (Chemical formula 5)
CO + 1 / 2O 2 → CO 2 ... (Chemical formula 6)
The fuel cell direct current output 50 obtained by the power generation of the solid oxide fuel cell stack 38 is subjected to voltage conversion and direct current to alternating current conversion by the output adjusting device 48 in accordance with the load 49, and then the power transmission end alternating current. The output 51 is supplied to the load 49. In FIG. 16, the output adjustment device 48 performs conversion from direct current to alternating current. However, only the voltage conversion may be performed by the output adjustment device 48, and the power transmission end DC output may be supplied to the load 49.

固体酸化物燃料電池セルスタック38の作動温度は、一般的に800〜1000℃であり、電池反応による発熱により作動温度が維持されている。このため、固体酸化物燃料電池セルスタック38の排熱は、前述したように改質器3での炭化水素の水蒸気改質反応の反応熱として利用することができる。実際、固体酸化物燃料電池セルスタック38での電池反応による発熱量は多く、発電温度を維持するために、固体酸化物形燃料電池セルスタックの発電用空気39を多量に固体酸化物形燃料電池セルスタック38の空気極37に供給し、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の冷却を行っており、空気極37での酸素利用率は20%程度である。したがって、天然ガス1の供給量に合わせて、固体酸化物形燃料電池セルスタックの発電用空気39の供給量を変化させて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38から改質器3に供給する排熱量を変化させることによって、改質器3で効率的に炭化水素の水蒸気改質反応を行わせることが可能である。すなわち、あらかじめ設定した流量制御弁27の開度(すなわち、天然ガス1の供給量)と流量制御弁43の開度の補正量(すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタックの発電用空気39の供給量の補正量)の関係に基づいて、天然ガス1の供給量が増加した場合には、流量制御弁43の開度を減少させることによって固体酸化物形燃料電池セルスタックの発電用空気39の供給量を減少させる補正を行い、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度を800〜1000℃に維持しながら、空気極37での酸素利用率を上昇させると共に、固体酸化物形燃料電池セルスタック38から改質器3に供給する排熱量を増やす。一方、天然ガス1の供給量が減少した場合には、流量制御弁43の開度を増加させることによって固体酸化物形燃料電池セルスタックの発電用空気39の供給量を増加させる補正を行い、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度を800〜1000℃に維持しながら、空気極37での酸素利用率を低下させると共に、固体酸化物形燃料電池セルスタック38から改質器3に供給する排熱量を減らす。   The operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is generally 800 to 1000 ° C., and the operating temperature is maintained by heat generated by the battery reaction. For this reason, the exhaust heat of the solid oxide fuel cell stack 38 can be used as the reaction heat of the hydrocarbon steam reforming reaction in the reformer 3 as described above. Actually, the amount of heat generated by the battery reaction in the solid oxide fuel cell stack 38 is large, and in order to maintain the power generation temperature, a large amount of power generation air 39 of the solid oxide fuel cell stack is used. The solid oxide fuel cell stack 38 is supplied to the air electrode 37 of the cell stack 38 for cooling, and the oxygen utilization rate at the air electrode 37 is about 20%. Therefore, the supply amount of the power generation air 39 of the solid oxide fuel cell stack is changed in accordance with the supply amount of the natural gas 1 and supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3. By changing the amount of exhaust heat, it is possible to efficiently perform the steam reforming reaction of hydrocarbons in the reformer 3. That is, the preset opening degree of the flow control valve 27 (ie, the supply amount of natural gas 1) and the correction amount of the opening degree of the flow control valve 43 (ie, the power generation air 39 of the solid oxide fuel cell stack). When the supply amount of the natural gas 1 is increased based on the relationship of the correction amount of the supply amount), the power generation air 39 of the solid oxide fuel cell stack is reduced by decreasing the opening degree of the flow control valve 43. In order to increase the oxygen utilization rate at the air electrode 37 while maintaining the operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 at 800 to 1000 ° C. The amount of exhaust heat supplied from the battery cell stack 38 to the reformer 3 is increased. On the other hand, when the supply amount of the natural gas 1 is decreased, a correction for increasing the supply amount of the power generation air 39 of the solid oxide fuel cell stack is performed by increasing the opening degree of the flow control valve 43, While maintaining the operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 at 800 to 1000 ° C., the oxygen utilization rate at the air electrode 37 is lowered and the solid oxide fuel cell stack 38 is transferred to the reformer 3. Reduce the amount of exhaust heat supplied.

燃料極35で電池反応により生成した水蒸気を含む固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス42の一部は、前述したように改質器3での炭化水素の水蒸気改質反応に必要な水蒸気を供給するために、改質器リサイクル用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス41として脱硫天然ガス24と混合して改質器3に供給する。固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス42の残りは、排出用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス45として排出する。この排出用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス45を、給湯、暖房、および吸収式冷凍機による冷房の熱源として利用することにより、システムの電気出力と熱利用を合わせた総合熱効率を向上させることが可能である。また、固体酸化物形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス44も、給湯、暖房、および吸収式冷凍機の熱源として利用することにより、システムの電気出力と熱利用を合わせた総合熱効率を向上させることが可能である。   A part of the fuel electrode exhaust gas 42 of the solid oxide fuel cell stack containing water vapor generated by the battery reaction in the fuel electrode 35 is necessary for the hydrocarbon steam reforming reaction in the reformer 3 as described above. In order to supply fresh steam, it is mixed with the desulfurized natural gas 24 as the fuel electrode exhaust gas 41 of the solid oxide fuel cell stack for reformer recycling and supplied to the reformer 3. The remainder of the fuel electrode exhaust gas 42 of the solid oxide fuel cell stack is discharged as the fuel electrode exhaust gas 45 of the discharge solid oxide fuel cell stack. By using the anode discharge gas 45 of this solid oxide fuel cell stack for discharge as a heat source for cooling with hot water, heating, and absorption refrigerators, the total thermal efficiency combining the electrical output and heat utilization of the system It is possible to improve. Moreover, the cathode exhaust gas 44 of the solid oxide fuel cell stack is also used as a heat source for hot water supply, heating, and an absorption refrigeration machine, thereby improving the overall thermal efficiency combining the electrical output and heat utilization of the system. It is possible.

水素リッチな改質ガス22には、固体高分子形燃料電池セルスタック9の燃料極6の電極触媒の劣化原因となる一酸化炭素が含まれているので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35に供給しない水素リッチな改質ガス22は、銅−亜鉛系触媒等のシフト触媒が充填されたCOシフトコンバータ4に供給し、シフト触媒の働きにより(化7)式に示す水性シフト反応を行わせることによって、水素リッチな改質ガス22に含まれる一酸化炭素の濃度を1%以下まで低減させる。
(水性シフト反応)
CO+HO→CO+H………(化7)
水性シフト反応は発熱反応であり、発生した熱は脱硫器2に供給し、前述した吸熱反応である脱硫器2の硫化水素と硫化亜鉛の生成反応の反応熱として利用する。
Since the hydrogen-rich reformed gas 22 contains carbon monoxide which causes deterioration of the electrode catalyst of the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, the solid oxide fuel cell stack 38. The hydrogen-rich reformed gas 22 that is not supplied to the fuel electrode 35 is supplied to the CO shift converter 4 filled with a shift catalyst such as a copper-zinc catalyst, and the aqueous solution shown in the chemical formula (7) by the action of the shift catalyst. By performing the shift reaction, the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen-rich reformed gas 22 is reduced to 1% or less.
(Water-based shift reaction)
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (Chemical formula 7)
The aqueous shift reaction is an exothermic reaction, and the generated heat is supplied to the desulfurizer 2 and used as the reaction heat of the hydrogen sulfide and zinc sulfide generation reaction of the desulfurizer 2 which is the endothermic reaction described above.

COシフトコンバータ4でつくられた一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた改質ガス21の一部は、前述したように脱硫器リサイクル用改質ガス32として脱硫器2に供給し、残りは、一酸化炭素濃度が100ppm以上であると、固体高分子形燃料電池セルスタック9の燃料極6に供給した場合に電極触媒の劣化原因となるので、一酸化炭素濃度をppmオーダーに低減させるために、CO選択酸化器用改質ガス34として、白金、ルテニウム等の貴金属系触媒がCO選択酸化触媒として充填されたCO選択酸化器5に供給する。また、空気供給用ブロワ12で取り込んだ空気14の一部を、CO選択酸化器用空気26としてCO選択酸化器5に供給する。CO選択酸化器5では、CO選択酸化器用改質ガス34に含まれる一酸化炭素を、CO選択酸化用空気26中の酸素と反応させることによって二酸化炭素に変換し、CO選択酸化器用改質ガス34の一酸化炭素濃度をppmオーダーに低減させる。この発熱反応であるCO酸化反応を(化8)式に示す。
(CO酸化反応)
CO+1/2O→CO………(化8)
CO選択酸化器用空気26の供給量は、あらかじめ設定された流量制御弁46の開度(すなわち、COシフトコンバータ4への水素リッチな改質ガス22の供給量)と流量制御弁11の開度(すなわち、CO選択酸化器用空気26の供給量)の関係に基づいて、流量制御弁11の開度を制御することによって、COシフトコンバータ4への水素リッチな改質ガス22の供給量に見合った値に設定する。 CO選択酸化器5で作られた一酸化炭素濃度をppmオーダーに低減させた改質ガス20に含まれる未反応水蒸気は、凝縮器29で100℃以下に冷却することによって、凝縮水31として回収する。凝縮器29で未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス28は、固体高分子形燃料電池セルスタック9の燃料極6に供給する。
A part of the reformed gas 21 produced by the CO shift converter 4 with the carbon monoxide concentration reduced to 1% or less is supplied to the desulfurizer 2 as the desulfurizer recycle reformed gas 32 as described above, and the rest If the carbon monoxide concentration is 100 ppm or more, it will cause deterioration of the electrode catalyst when supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, so the carbon monoxide concentration is reduced to the ppm order. Therefore, as the reforming gas 34 for the CO selective oxidizer, a noble metal catalyst such as platinum or ruthenium is supplied to the CO selective oxidizer 5 filled as a CO selective oxidation catalyst. A part of the air 14 taken in by the air supply blower 12 is supplied to the CO selective oxidizer 5 as CO selective oxidizer air 26. In the CO selective oxidizer 5, carbon monoxide contained in the reformed gas 34 for CO selective oxidizer is converted into carbon dioxide by reacting with oxygen in the air 26 for CO selective oxidization, and the reformed gas for CO selective oxidizer is used. The carbon monoxide concentration of 34 is reduced to the ppm order. The CO oxidation reaction which is this exothermic reaction is shown in the formula (8).
(CO oxidation reaction)
CO + 1 / 2O 2 → CO 2 ... (Chemical formula 8)
The supply amount of the CO selective oxidizer air 26 is determined based on the preset opening degree of the flow control valve 46 (that is, the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the CO shift converter 4) and the opening degree of the flow control valve 11. Based on the relationship (that is, the supply amount of the CO selective oxidizer air 26), the opening amount of the flow control valve 11 is controlled to meet the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the CO shift converter 4. Set the value to Unreacted water vapor contained in the reformed gas 20 in which the carbon monoxide concentration produced by the CO selective oxidizer 5 is reduced to the order of ppm is recovered as condensed water 31 by being cooled to 100 ° C. or less by the condenser 29. To do. The reformed gas 28 obtained by condensing unreacted water vapor in the condenser 29 is supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9.

一方、空気供給用ブロワ12で取り込んだ空気14の一部を、高分子形燃料電池セルスタックの発電用空気25として、固体高分子形燃料電池セルスタック9の空気極8に供給する。固体高分子形燃料電池セルスタック9の空気極8への固体高分子形燃料電池セルスタックの発電用空気25の供給量は、あらかじめ設定された燃料電池直流出力22の電池電流と流量制御弁10の開度(すなわち、固体高分子形燃料電池セルスタックの発電用空気25の供給量)の関係に基づいて、流量制御弁10の開度を制御することによって、燃料電池直流出力18の電池電流に見合った値に設定する。固体高分子形燃料電池セルスタック9の作動温度は、60〜80℃が一般的であり、電池反応による発熱により作動温度が維持される。   On the other hand, a part of the air 14 taken in by the air supply blower 12 is supplied to the air electrode 8 of the solid polymer fuel cell stack 9 as the power generation air 25 of the polymer fuel cell stack. The supply amount of the power generation air 25 of the polymer electrolyte fuel cell stack to the air electrode 8 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is determined by the battery current of the fuel cell DC output 22 and the flow control valve 10 set in advance. Of the fuel cell DC output 18 by controlling the opening of the flow rate control valve 10 based on the relationship of the opening of the fuel cell stack (that is, the supply amount of the power generation air 25 of the polymer electrolyte fuel cell stack). Set to a value appropriate for. The operating temperature of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is generally 60 to 80 ° C., and the operating temperature is maintained by heat generated by the battery reaction.

固体高分子形燃料電池セルスタック9の燃料極6では、白金系電極触媒の働きで、未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス28中に含まれる水素の約80%が、(化9)式に示す燃料極反応により水素イオンと電子に変わる。
(燃料極反応)
→2H+2e………(化9)
燃料極6で生成した水素イオンは、ナフィオン等のスルフォン酸基を有するフッ素系高分子から構成される固体高分子電解質7の内部を移動し、空気極8に到達する。一方、燃料極6で生成した電子は、外部回路を移動し、空気極8に到達する。この電子が外部回路を移動する過程で、電気エネルギーを燃料電池直流出力18として取り出すことができる。
In the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, about 80% of the hydrogen contained in the reformed gas 28 in which unreacted water vapor is condensed by the action of the platinum-based electrode catalyst is represented by the formula (9). It changes into hydrogen ions and electrons due to the fuel electrode reaction shown in.
(Fuel electrode reaction)
H 2 → 2H + + 2e (Chemical formula 9)
Hydrogen ions generated at the fuel electrode 6 move inside the solid polymer electrolyte 7 composed of a fluorine-based polymer having a sulfonic acid group such as Nafion and reach the air electrode 8. On the other hand, the electrons generated at the fuel electrode 6 travel through the external circuit and reach the air electrode 8. Electric energy can be taken out as the fuel cell DC output 18 in the process of the electrons moving through the external circuit.

固体高分子形燃料電池セルスタック9の空気極8では、白金系電極触媒の働きで、燃料極6から固体高分子電解質7の内部を空気極8に移動してきた水素イオン、燃料極6から外部回路を空気極8に移動してきた電子、及び空気極8に供給された固体高分子形燃料電池セルスタックの発電用空気25中の酸索が、(化10)式に示す空気極反応により反応し、水が生成する。
(空気極反応)
2H+1/2O+2e→HO………(化10)
(化9)式と(化10)式をまとめると、固体高分子形燃料電池セルスタック9の電池反応は、(化11)式に示す水素と酸素から水ができる水の電気分解の逆反応として表すことができる。
(電池反応)
十1/2O→HO………(化11)
固体高分子形燃料電池セルスタック9の発電によって得られた燃料電池直流出力18は、負荷17に合わせて出力調整装置16で電圧の変換と直流から交流への変換を行った後に、送電端交流出力19として負荷17に供給する。なお、図16では、出力調整装置16で直流から交流への変換を行っているが、出力調整装置16で電圧変換のみを行い、送電端直流出力を負荷17に供給してもよい。 固体高分子形燃料電池セルスタックの発電用空気25は、固体高分子形燃料電池セルスタック9の空気極8で酸素の一部を(化10)式に示した空気極反応により消費した後に、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13として排出する。一方、未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス28は、固体高分子形燃料電池セルスタック9の燃料極6で水素の約80%を(化9)式に示した燃料極反応により消費した後に、固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス15として排出する。
In the air electrode 8 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, hydrogen ions that have moved from the fuel electrode 6 to the air electrode 8 by the action of the platinum-based electrode catalyst, and the fuel electrode 6 to the outside. Electrons that have moved the circuit to the air electrode 8 and the acid cords in the power generation air 25 of the polymer electrolyte fuel cell stack supplied to the air electrode 8 react by the air electrode reaction shown in the chemical formula (10). And water is produced.
(Air electrode reaction)
2H + + 1 / 2O 2 + 2e → H 2 O (Chemical Formula 10)
When the chemical formula (9) and the chemical formula (10) are summarized, the battery reaction of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is the reverse reaction of the electrolysis of water that can be produced from hydrogen and oxygen shown in the formula (11). Can be expressed as
(Battery reaction)
H 2 1/2 O 2 → H 2 O ... (Chemical 11)
The fuel cell direct current output 18 obtained by the power generation of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 is subjected to voltage conversion and direct current to alternating current conversion by the output adjusting device 16 in accordance with the load 17, and then the alternating current at the power transmission end. The output 19 is supplied to the load 17. In FIG. 16, the output adjustment device 16 performs conversion from direct current to alternating current. However, the output adjustment device 16 may perform only voltage conversion and supply the power transmission end DC output to the load 17. After the power generation air 25 of the polymer electrolyte fuel cell stack consumes a part of oxygen at the air electrode 8 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 by the air electrode reaction shown in the chemical formula (10), It discharges as the air electrode exhaust gas 13 of the polymer electrolyte fuel cell stack. On the other hand, the reformed gas 28 in which the unreacted water vapor is condensed has consumed about 80% of hydrogen in the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 by the fuel electrode reaction shown in the chemical formula (9). Then, it is discharged as the fuel electrode exhaust gas 15 of the polymer electrolyte fuel cell stack.

なお、二種類の燃料電池セルスタックを組み合わせて発電を行う燃料発電システムは、本出願人による例えば、特願2002-327233号(未公開)がある。   A fuel power generation system that generates power by combining two types of fuel cell stacks is, for example, Japanese Patent Application No. 2002-327233 (unpublished) by the present applicant.

「竹原善一郎監修:燃料電池の技術とその応用、pp.141-142、テクノシステム(2000)」“Supervised by Zenichiro Takehara: Fuel cell technology and its applications, pp.141-142, Technosystem (2000)”

本発明の解決しようとする課題は、従来の固体酸化物形燃料電池セルスタックは、燃料極にニッケル−YSZサーメット、固体酸化物電解質にYSZ、空気極にランタンストロンチウムマンガナイト等の金属酸化物を用い、1000℃で作動し発電を行っていた。しかし、作動温度が高いと、寿命が短い、起動に長時間を要する、安価な金属材料の使用が困難であり装置コストが高いという間題があった。そこで、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の低温作動化に向けて、YSZに代わる低温での酸素イオン導電性が高い固体酸化物電解質材料と低温でも反応性が高い燃料極材料および空気極材料の開発が行われている。現在注目をあびている低温作動型固体酸化物形燃料電池セルスタックの一つに、燃料極35にNiO−(CeO0.8(SmO1.50.2等のニッケル−セリア系高性能サーメット燃料極、固体酸化物電解質にLa0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.23−α等の高酸素イオン導電性ランタンガレート系電解質、空気極にSm0.5Sr0.5CoO3−δ等のサマリウムコバルタイト系高活性空気極を用いた固体酸化物形燃料電池セルスタックがあり、600〜800℃で作動することが期待されている。しかし、このような低温作動型固体酸化物形燃料電池セルスタックを図16に示した燃料電池発電システムに適用すると、長寿命化、起動時間の短縮、および装置の低コスト化が期待できるが、固体酸化物形燃料電池セルスタック38から改質器3に供給される排熱の温度が低下することによって改質器3の温度が700℃以下に低下すると、熱力学的な平行状態におけるメタン濃度が上昇し、その結果として水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度も上昇するので、固体酸化物形燃料電池スタック38と固体高分子形燃料電池セルスタック9で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率が低下することによって、燃料電池発電システムの発電効率の低下を引き起こすという問題があった。 The problem to be solved by the present invention is that a conventional solid oxide fuel cell stack has a nickel-YSZ cermet for the fuel electrode, YSZ for the solid oxide electrolyte, and a metal oxide such as lanthanum strontium manganite for the air electrode. Used and operated at 1000 ° C. to generate electricity. However, when the operating temperature is high, there is a problem that the life is short, it takes a long time to start up, it is difficult to use an inexpensive metal material, and the apparatus cost is high. Therefore, for the low-temperature operation of the solid oxide fuel cell stack 38, a solid oxide electrolyte material having a high oxygen ion conductivity at low temperatures instead of YSZ, and a fuel electrode material and an air electrode material having high reactivity at low temperatures. Development is underway. One of the low-temperature-acting solid oxide fuel cell stacks that is currently attracting attention is a nickel-ceria-based material such as NiO— (CeO 2 ) 0.8 (SmO 1.5 ) 0.2 in the fuel electrode 35. Performance Cermet fuel electrode, high oxygen ion conductive lanthanum gallate electrolyte such as La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3-α for solid oxide electrolyte, Sm 0.5 Sr for air electrode There is a solid oxide fuel cell stack using a samarium cobaltite-based highly active air electrode such as 0.5 CoO 3 -δ, and is expected to operate at 600 to 800 ° C. However, when such a low-temperature operation type solid oxide fuel cell stack is applied to the fuel cell power generation system shown in FIG. 16, it can be expected to extend the life, shorten the startup time, and reduce the cost of the apparatus. When the temperature of the reformer 3 is lowered to 700 ° C. or less due to the temperature of the exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the reformer 3, the methane concentration in the thermodynamic parallel state As a result, the concentration of methane in the hydrogen-rich reformed gas 22 also increases, so that the ratio of the fuel effectively used in the solid oxide fuel cell stack 38 and the solid polymer fuel cell stack 9 is increased. There is a problem in that the power generation efficiency of the fuel cell power generation system is reduced due to a decrease in the fuel utilization rate in terms of methane.

本発明の課題は、低温作動の燃料電池セルスタックを用いても高効率で発電することが可能な、二種類の燃料電池セルスタックを組み合わせた燃料電池発電システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system combining two types of fuel cell stacks, which can generate power with high efficiency even when using a low temperature operation fuel cell stack.

前記課題を解決するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とするものである。すなわち、
請求項1に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するCO選択酸化器と、
前記CO選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有する燃料電池発電システムとするものである。
In order to solve the above-described problems, the present invention is configured as described in the claims. That is,
In the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by the steam reforming reaction of fuel with oxygen as described in claim 1,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
Performing power generation by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen in hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer , First fuel for supplying exhaust heat generated along with power generation to the first reformer and supplying fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the first reformer A battery cell stack;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration discharged from the first reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen to convert it into carbon dioxide;
The fuel cell power generation system includes a second fuel cell stack that generates power by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen.

また、請求項2に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の一酸化炭秦を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有する燃料電池発電システムとするものである。
Moreover, in the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by the steam reforming reaction of fuel with oxygen as described in claim 2,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
Performing power generation by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen in hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer , First fuel for supplying exhaust heat generated along with power generation to the first reformer and supplying fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the first reformer A battery cell stack;
A CO shift converter that converts carbon dioxide and hydrogen by reacting carbon monoxide in the hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the first reformer with steam;
A hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
The fuel cell power generation system includes a second fuel cell stack that generates power by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen.

また、請求項3に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有する燃料電池発電システムとするものである。
Further, as described in claim 3, in the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen and oxygen generated by the steam reforming reaction of the fuel,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
Performing power generation by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen in hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer , First fuel for supplying exhaust heat generated along with power generation to the first reformer and supplying fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the first reformer A battery cell stack;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration discharged from the first reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
The fuel cell power generation system includes a second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen.

また、請求項4に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するCO選択酸化器と、
前記CO選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有する燃料電池発電システムとするものである。
Further, as described in claim 4, in the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen and oxygen generated by the steam reforming reaction of the fuel,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
Performing power generation by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen in hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer , First fuel for supplying exhaust heat generated along with power generation to the first reformer and supplying fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the first reformer A battery cell stack;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen to convert it into carbon dioxide;
The fuel cell power generation system includes a second fuel cell stack that generates power by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen.

また、請求項5に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有する燃料電池発電システムとするものである。
Further, as described in claim 5, in the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen and oxygen generated by the steam reforming reaction of the fuel,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
Performing power generation by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen in hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer , First fuel for supplying exhaust heat generated along with power generation to the first reformer and supplying fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the first reformer A battery cell stack;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
The fuel cell power generation system includes: a second fuel cell stack that generates power by electrochemically reacting the hydrogen and oxygen separated by the hydrogen separator .

また、請求項6に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有する燃料電池発電システムとするものである。
Moreover, in the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by the steam reforming reaction of fuel with oxygen as described in claim 6,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
Performing power generation by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen in hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer , First fuel for supplying exhaust heat generated along with power generation to the first reformer and supplying fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the first reformer A battery cell stack;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
The fuel cell power generation system includes a second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen.

また、請求項7に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた燃料極排出ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するCO選択酸化器と、
前記CO選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
を有し、
前記改質器バーナは、前記第二の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスおよび燃料極排出ガスを燃焼させるものである燃料電池発電システムとするものである。
Further, in the fuel cell power generation system for generating power by electrochemically reacting hydrogen and oxygen generated by the steam reforming reaction of the fuel as described in claim 7,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
The hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer generates power by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and is generated along with the power generation. A first fuel cell stack for supplying exhaust heat to the first reformer and supplying an anode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the first reformer;
A second reformer provided with a reformer burner for producing a fuel electrode exhaust gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen to convert it into carbon dioxide;
A second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen;
I have a,
The reformer burner are those the second der Ru fuel cell power generation system that the cathode exhaust gas and the fuel electrode exhaust gas of the fuel cell stack is combusted.

また、請求項8に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた燃料極排出ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
を有し、
前記改質器バーナは、前記第二の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスと前記水素分離器の排出ガスの一部を燃焼させるものである燃料電池発電システムとするものである。
Further, in the fuel cell power generation system for generating power by electrochemically reacting hydrogen and oxygen generated by the steam reforming reaction of the fuel as described in claim 8,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
The hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer generates power by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and is generated along with the power generation. A first fuel cell stack for supplying exhaust heat to the first reformer and supplying an anode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the first reformer;
A second reformer provided with a reformer burner for producing a fuel electrode exhaust gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen;
I have a,
The reformer burner are those the second der Ru fuel cell power generation system which an air electrode exhaust gas of the fuel cell stack to combust a portion of the exhaust gas of the hydrogen separator.

また、請求項9に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた燃料極排出ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
を有し、
前記改質器バーナは、前記第二の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスおよび燃料極排出ガスを燃焼させるものである燃料電池発電システムとするものである。
Further, as described in claim 9, in the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen and oxygen generated by the steam reforming reaction of the fuel,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
The hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer generates power by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and is generated along with the power generation. A first fuel cell stack for supplying exhaust heat to the first reformer and supplying an anode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the first reformer;
A second reformer provided with a reformer burner for producing a fuel electrode exhaust gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen;
I have a,
The reformer burner are those the second der Ru fuel cell power generation system that the cathode exhaust gas and the fuel electrode exhaust gas of the fuel cell stack is combusted.

また、請求項10に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
燃料極で前記燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素を生成させると共に、前記水素、もしくは前記水素および前記一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した熱を前記燃料極での前記燃料の水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記燃料極に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた燃料極排出ガスを作る改質器バーナを設けた改質器と、
前記改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するCO選択酸化器と、
前記CO選択酸化器の排出ガス中の水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
を有し、
前記改質器バーナは、前記第二の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスおよび燃料極排出ガスを燃焼させるものである燃料電池発電システムとするものである。
Further, in the fuel cell power generation system for generating power by electrochemically reacting hydrogen and oxygen generated by the steam reforming reaction of the fuel as described in claim 10,
At the fuel electrode, hydrogen and carbon monoxide are generated by a steam reforming reaction of the fuel, and power is generated by electrochemically reacting the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and the fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation is supplied to the fuel electrode. A first fuel cell stack;
A reformer provided with a reformer burner for producing a fuel electrode exhaust gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas with reduced methane concentration discharged from the reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen to convert it into carbon dioxide;
A second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer;
Have
The reformer burner are those the second der Ru fuel cell power generation system that the cathode exhaust gas and the fuel electrode exhaust gas of the fuel cell stack is combusted.

また、請求項11に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
燃料極で前記燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素を生成させると共に、前記水素、もしくは前記水素および前記一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した熱を前記燃料極での前記燃料の水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記燃料極に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた燃料極排出ガスを作る改質器バーナを設けた改質器と、
前記改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
を有し、
前記改質器バーナは、前記第二の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスと前記水素分離器の排出ガスの一部を燃焼させるものである燃料電池発電システムとするものである。
Further, as described in claim 11, in the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen and oxygen generated by the steam reforming reaction of the fuel,
At the fuel electrode, hydrogen and carbon monoxide are generated by a steam reforming reaction of the fuel, and power is generated by electrochemically reacting the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and the fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation is supplied to the fuel electrode. A first fuel cell stack;
A reformer provided with a reformer burner for producing a fuel electrode exhaust gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas with reduced methane concentration discharged from the reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen;
I have a,
The reformer burner are those the second der Ru fuel cell power generation system which an air electrode exhaust gas of the fuel cell stack to combust a portion of the exhaust gas of the hydrogen separator.

また、請求項12に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
燃料極で前記燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素を生成させると共に、前記水素、もしくは前記水素および前記一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した熱を前記燃料極での前記燃料の水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記燃料極に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた燃料極排出ガスを作る改質器バーナを設けた改質器と、
前記改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
を有し、
前記改質器バーナは、前記第二の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスおよび燃料極排出ガスを燃焼させるものである燃料電池発電システムとするものである。
Further, as described in claim 12, in the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen and oxygen generated by the steam reforming reaction of the fuel,
At the fuel electrode, hydrogen and carbon monoxide are generated by a steam reforming reaction of the fuel, and power is generated by electrochemically reacting the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and the fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation is supplied to the fuel electrode. A first fuel cell stack;
A reformer provided with a reformer burner for producing a fuel electrode exhaust gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas having a reduced methane concentration discharged from the reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen;
I have a,
The reformer burner are those the second der Ru fuel cell power generation system that the cathode exhaust gas and the fuel electrode exhaust gas of the fuel cell stack is combusted.

また、請求項13に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって、二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するCO選択酸化器と、
前記CO選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有する燃料電池発電システムとするものである。
Further, as described in claim 13, in the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by the steam reforming reaction of fuel with oxygen,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
The hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer generates power by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and is generated along with the power generation. A first fuel cell stack for supplying exhaust heat to the first reformer and supplying an anode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the first reformer;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the hydrogen-rich reformed gas with a reduced methane concentration discharged from the second reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen to convert it into carbon dioxide;
The fuel cell power generation system includes a second fuel cell stack that generates power by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen.

また、請求項14に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有する燃料電池発電システムとするものである。
In addition, in the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by the steam reforming reaction of fuel with oxygen as described in claim 14,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
The hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer generates power by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and is generated along with the power generation. A first fuel cell stack for supplying exhaust heat to the first reformer and supplying an anode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the first reformer;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
A hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
The fuel cell power generation system includes a second fuel cell stack that generates power by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen.

また、請求項15に記載のように、燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有する燃料電池発電システムとするものである。
Further, as described in claim 15, in the fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen and oxygen generated by the steam reforming reaction of the fuel,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
The hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer generates power by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and is generated along with the power generation. A first fuel cell stack for supplying exhaust heat to the first reformer and supplying an anode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the first reformer;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
The fuel cell power generation system includes a second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen.

また、請求項16に記載のように、請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記第一の燃料電池セルスタックが固体酸化物形燃料電池セルスタックからなり、前記第二の燃料電池セルスタックが固体高分子形燃料電池セルスタックからなる燃料電池発電システムとするものである。   Further, as described in claim 16, in the fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 15, the first fuel cell stack is a solid oxide fuel cell stack. Thus, the second fuel cell stack is a fuel cell power generation system comprising a polymer electrolyte fuel cell stack.

また、請求項17に記載のように、請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記第一の燃料電池セルスタックが固体酸化物形燃料電池セルスタックからなり、前記第二の燃料電池セルスタックがりん酸形燃料電池セルスタックである燃料電池発電システムとするものである。   In addition, as described in claim 17, in the fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 15, the first fuel cell stack is a solid oxide fuel cell stack. Thus, the fuel cell power generation system in which the second fuel cell stack is a phosphoric acid fuel cell stack.

本発明によれば、低温作動の燃料電池セルスタックを用いても燃料の水蒸気改質反応によって発電に必要な水素リッチな改質ガスを効率的に作ることが可能であり、二種類の燃料電池セルスタックを組み合わせて高効率な燃料電池発電システムを実現できるという利点がある。   According to the present invention, it is possible to efficiently produce a hydrogen-rich reformed gas necessary for power generation by a steam reforming reaction of fuel even when using a low-temperature-operated fuel cell stack, and two types of fuel cells There is an advantage that a highly efficient fuel cell power generation system can be realized by combining cell stacks.

[実施例1] [Example 1]

図1は、実施例1として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図1において、前述した図16と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図1において、52は第一の改質器、53は第二の改質器、54は改質器バーナ、55はメタン濃度を低減させた改質ガス、56は改質器バーナ燃焼排出ガス、88はメタン濃度を低減させた改質ガス55のCOシフトコンバータヘの供給量を制御する流量制御弁、89はメタン濃度を低減させた改質ガス55の固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35への供給量を制御する流量制御弁である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as a first embodiment. In FIG. 1, the same components as those in FIG. 16 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 1, 52 is a first reformer, 53 is a second reformer, 54 is a reformer burner, 55 is a reformed gas with reduced methane concentration, and 56 is a reformer burner combustion exhaust gas. , 88 are flow rate control valves for controlling the supply amount of the reformed gas 55 with reduced methane concentration to the CO shift converter, and 89 is a solid oxide fuel cell stack 38 of the reformed gas 55 with reduced methane concentration. This is a flow rate control valve that controls the amount of fuel supplied to the fuel electrode 35.

図1を用いて、実施例1で例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。   The fuel cell power generation system of the present invention exemplified in Example 1 will be described with reference to FIG.

本実施例の燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図1に示したように、改質器3の代わりに第一の改質器52と第二の改質器53という二つの改質器を設け、さらに第二の改質器53には改質器バーナ54を設けた点が異なる。   The fuel cell power generation system of the present embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that a first reformer 52 and a second reformer are used instead of the reformer 3 as shown in FIG. The difference is that two reformers, the reformer 53, are provided, and the second reformer 53 is provided with a reformer burner 54.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図1を参照して説明する。本実施例では、水蒸気と脱硫天然ガスの混合ガス23を第一の改質器52に供給する。第一の改質器52では、充填された改質触媒の働きにより天然ガス1に含まれる炭化水素の水蒸気改質反応が行われ、水素リッチな改質ガス22が作られる。この炭化水素の水蒸気改質反応は吸熱反応であり、効率的に水素を生成させるために、第一の改質器52の近傍に設置された固体酸化物形燃料電池セルスタック38の高温排熱を、炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱として第一の改質器52に供給する。しかし、固体酸化物燃料電池セルスタック38の作動温度が600〜800℃と低い場合には、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の排熱の温度が低下するために第一の改質器52の温度も700℃より低下し、熱力学的な平衡の関係で未反応メタンが水素リッチな改質ガス22中に多く含まれることになる。そこで、水素リッチな改質ガス22を700℃以上の温度に設定した第二の改質器53に供給し、充填された改質触媒の働きにより(化1)式に示したメタンの水蒸気改質反応を行わせ、水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度を低減させる。第二の改質器53の排出ガスであるメタン濃度が低減された改質ガス55の一部は、COシフトコンバータ4に供給し、残りは、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35に供給する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a mixed gas 23 of steam and desulfurized natural gas is supplied to the first reformer 52. In the first reformer 52, the steam reforming reaction of hydrocarbons contained in the natural gas 1 is performed by the action of the filled reforming catalyst, and the hydrogen-rich reformed gas 22 is produced. This steam reforming reaction of hydrocarbon is an endothermic reaction, and in order to efficiently generate hydrogen, high-temperature exhaust heat of the solid oxide fuel cell stack 38 installed in the vicinity of the first reformer 52 is obtained. Is supplied to the first reformer 52 as reaction heat required for the steam reforming reaction of hydrocarbons. However, when the operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is as low as 600 to 800 ° C., the temperature of the exhaust heat of the solid oxide fuel cell stack 38 is lowered, so the first reformer 52. The temperature of the gas also falls below 700 ° C., and a large amount of unreacted methane is contained in the hydrogen-rich reformed gas 22 due to thermodynamic equilibrium. Therefore, the hydrogen-rich reformed gas 22 is supplied to the second reformer 53 set to a temperature of 700 ° C. or higher, and the steam reforming of methane shown in the formula (1) is performed by the action of the filled reforming catalyst. The methane concentration in the hydrogen-rich reformed gas 22 is reduced by performing a quality reaction. A part of the reformed gas 55 with reduced methane concentration, which is the exhaust gas of the second reformer 53, is supplied to the CO shift converter 4, and the rest is the fuel electrode of the solid oxide fuel cell stack 38. 35.

COシフトコンバータ4へのメタン濃度が低減された改質ガス55の供給量は、あらかじめ設定された燃料電池直流出力18の直流電流と流量制御弁88の開度(すなわち、COシフトコンバータ4へのメタン濃度が低減された改質ガス55の供給量)の関係に基づいて、流量制御弁88の開度を制御することによって、燃料電池直流出力18の直流電流に見合った値に設定する。一方、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35へのメタン濃度が低減された改質ガス55の供給量は、あらかじめ設定した燃料電池直流出力50の直流電流と流量制御弁89の開度(すなわち、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35へのメタン濃度が低減された改質ガス55の供給量)の関係に基づいて、流量制御弁89の開度を制御することによって、燃料電池直流出力50の直流電流に見合った値に設定する。   The supply amount of the reformed gas 55 in which the methane concentration is reduced to the CO shift converter 4 is the preset DC current of the fuel cell DC output 18 and the opening degree of the flow control valve 88 (that is, to the CO shift converter 4). Based on the relationship of the supply amount of the reformed gas 55 with reduced methane concentration), the opening degree of the flow control valve 88 is controlled to set a value corresponding to the direct current of the fuel cell direct current output 18. On the other hand, the supply amount of the reformed gas 55 in which the methane concentration is reduced to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38 is determined by the direct current of the fuel cell DC output 50 and the opening of the flow control valve 89. The opening degree of the flow rate control valve 89 is controlled based on the relationship of the degree (that is, the supply amount of the reformed gas 55 with reduced methane concentration to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38). Is set to a value commensurate with the direct current of the fuel cell direct current output 50.

第二の改質器53を700℃以上に設定し吸熱反応であるメタンの水蒸気改質反応を行わせるために、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス15を改質器バーナ54に供給し、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13中の未反応酸素と固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス15中の未反応燃料および未反応水素を燃焼させることによって、改質器バーナ54から第二の改質器53に必要な熱を供給する。改質器バーナ54からは改質バーナ燃焼排ガス56を放出する。なお、図1では、第二の改質器53に必要な熱を供給するために、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス15を改質器バーナ54に供給し燃焼させたが、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13、固体酸化物形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス44、および空気14のいずれか一つ以上と、固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス15と排出用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス45の一つ以上を改質器バーナ54に供給し、酸素と未反応燃料、未反応水素、および未反応一酸化炭素を燃焼させれば、改質器バーナ54での燃焼のために新たに燃料である天然ガス1を供給することなく、第二の改質器53で水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応を効率的に行わせ、水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度を低減させることができる。   In order to perform the steam reforming reaction of methane, which is an endothermic reaction, by setting the second reformer 53 at 700 ° C. or higher, the air electrode exhaust gas 13 of the polymer electrolyte fuel cell stack and the polymer electrolyte fuel The fuel cell stack fuel electrode exhaust gas 15 is supplied to the reformer burner 54, and the unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 13 of the polymer electrolyte fuel cell stack and the fuel electrode of the polymer electrolyte fuel cell stack. The necessary heat is supplied from the reformer burner 54 to the second reformer 53 by burning the unreacted fuel and unreacted hydrogen in the exhaust gas 15. A reformer burner exhaust gas 56 is discharged from the reformer burner 54. In FIG. 1, in order to supply necessary heat to the second reformer 53, the air electrode exhaust gas 13 of the polymer electrolyte fuel cell stack and the fuel electrode discharge of the polymer electrolyte fuel cell stack The gas 15 was supplied to the reformer burner 54 and burned, but the air electrode exhaust gas 13 of the solid polymer fuel cell stack, the air electrode exhaust gas 44 of the solid oxide fuel cell stack, and the air 14 Supply one or more of the anode discharge gas 15 of the polymer electrolyte fuel cell stack and the anode discharge gas 45 of the solid oxide fuel cell stack for discharge to the reformer burner 54 However, if oxygen, unreacted fuel, unreacted hydrogen, and unreacted carbon monoxide are combusted, the natural gas 1 as the fuel is not supplied for combustion in the reformer burner 54, and the first Water in the second reformer 53 Methane steam reforming reaction of rich reformed gas 22 to effectively take place, it is possible to reduce the methane concentration in the hydrogen-rich reformed gas 22.

図1に示した実施例1では、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物燃料電池セルスタック38から第一の改質器52に供給される排熱の温度が低いために第一の改質器52の温度が700℃以下に低下して水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度が上昇しても、第二の改質器53で水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、第二の改質器53での水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス15を改質器バーナ54で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38と固体高分子形燃料電池セルスタック9で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。
[実施例2]
In the first embodiment shown in FIG. 1, when the operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is as low as 600 to 800 ° C. compared to the conventional example shown in FIG. 16, the solid oxide fuel cell stack Since the temperature of the exhaust heat supplied from 38 to the first reformer 52 is low, the temperature of the first reformer 52 is lowered to 700 ° C. or lower, and the methane concentration in the hydrogen-rich reformed gas 22 is reduced. Even if it rises, hydrogen is produced by causing the second reformer 53 to perform a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas 22, and also the hydrogen in the second reformer 53. The reaction heat required for the steam reforming reaction of methane in the rich reformed gas 22 does not use the natural gas 1 as a new fuel, and the air electrode exhaust gas 13 of the polymer electrolyte fuel cell stack and the solid Fuel cell exhaust gas of polymer fuel cell stack 1 Is supplied by burning it in the reformer burner 54, so that the fuel utilization rate in terms of methane, which indicates the proportion of fuel that is effectively used in the solid oxide fuel cell stack 38 and the solid polymer fuel cell stack 9 The decrease in power generation efficiency of the fuel cell power generation system can be suppressed.
[Example 2]

図2は、実施例2として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図2において、前述した図16および図1と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図2において、57は水素分離器、58は水素分離器排出ガス、59は水素、60は未反応水素、61はパージ弁、62はパージガス、63は水素分離器用改質ガスである。   FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system of the present invention exemplified as the second embodiment. 2, the same components as those in FIGS. 16 and 1 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 2, 57 is a hydrogen separator, 58 is a hydrogen separator exhaust gas, 59 is hydrogen, 60 is unreacted hydrogen, 61 is a purge valve, 62 is a purge gas, and 63 is a reforming gas for the hydrogen separator.

図2を用いて、実施例2で例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。本実施例の燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図2に示したように、改質器3の代わりに第一の改質器52と第二の改質器53という二つの改質器を設け、さらに第二の改質器53には改質器バーナ54を設けた点と、CO選択酸化器5と凝縮器29の代わりに水素分離器57を設けた点が異なる。   The fuel cell power generation system of the present invention exemplified in Example 2 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system of the present embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that the first reformer 52 and the second reformer 3 instead of the reformer 3, as shown in FIG. The reformer 53 is provided with two reformers, the second reformer 53 is provided with a reformer burner 54, and a hydrogen separator 57 instead of the CO selective oxidizer 5 and the condenser 29. Is different.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図2を参照して説明する。本実施例では、第二の改質器53を700℃以上に設定し吸熱反応であるメタンの水蒸気改質反応を行わせるために、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と水素分離器排出ガス58を改質器バーナ54に供給し、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13中の未反応酸素と水素分離器排出ガス58中の未反応燃料および未反応水素を燃焼させることによって、改質器バーナ54から第二の改質器53に必要な熱を供給する。改質器バーナ54からは改質バーナ燃焼排ガス56を放出する。なお、図2では、第二の改質器53に必要な熱を供給するために、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と水素分離器排出ガス58を改質器バーナ54に供給し燃焼させたが、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13、固体酸化物形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス44、および空気14のいずれか一つ以上と、水素分離器排出ガス58と排出用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス45のいずれか一つ以上を改質器バーナ54に供給し、酸素と未反応燃料、未反応水素、および未反応一酸化炭素を燃焼させれば、改質バーナ54での燃焼のために新たに燃料である天然ガス1を供給することなく、第二の改質器53で水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応を効率的に行わせ、水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度を低減させることができる。 Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the second reformer 53 is set to 700 ° C. or higher and the steam reforming reaction of methane, which is an endothermic reaction, is performed. The hydrogen separator exhaust gas 58 is supplied to the reformer burner 54, and unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 13 of the polymer electrolyte fuel cell stack and unreacted fuel and unreacted in the hydrogen separator exhaust gas 58. The necessary heat is supplied from the reformer burner 54 to the second reformer 53 by burning hydrogen. A reformer burner exhaust gas 56 is discharged from the reformer burner 54. In FIG. 2, in order to supply necessary heat to the second reformer 53, the air electrode exhaust gas 13 and the hydrogen separator exhaust gas 58 of the polymer electrolyte fuel cell stack are connected to the reformer burner 54. To the air electrode exhaust gas 13 of the polymer electrolyte fuel cell stack, the air electrode exhaust gas 44 of the solid oxide fuel cell stack, and the air 14, and hydrogen. One or more of the separator exhaust gas 58 and the fuel electrode exhaust gas 45 of the solid oxide fuel cell stack for discharge are supplied to the reformer burner 54, and oxygen, unreacted fuel, unreacted hydrogen, and unreacted If the reaction carbon monoxide is combusted, the second reformer 53 does not supply the natural gas 1 as a fuel for combustion in the reforming burner 54, and the hydrogen-rich reformed gas 22 is in the second reformer 53. Efficient steam reforming reaction of methane Was performed, it is possible to reduce the methane concentration in the hydrogen-rich reformed gas 22.

COシフトコンバータ4で作られた一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた改質ガス21の一部は、水素分離器用改質ガス63としてパラジウム膜等の水素分離膜を有する水素分離器57に供給され、水素59が分離される。その際、効率的な水素分離を行うために、必要に応じて水素分離器用改質ガス63の加圧を行う。水素59は、固体高分子形燃料電池セルスタック9の燃料極6に供給され、固体高分子形燃料電池セルスタックの発電用空気25中の酸素と電気化学的に反応させることによって、固体高分子形燃料電池セルスタック9の発電が行われる。未反応水素60は、固体高分子形燃料電池セルスタック9の送電端効率を向上させるために、すべて燃料極6にリサイクルして発電に利用する。しかし、未反応水素60中には、水素以外の不純物が若干含まれるので、パージ弁61を間欠的に開け、パージガス62を放出する。   A part of the reformed gas 21 produced by the CO shift converter 4 with the carbon monoxide concentration reduced to 1% or less is a hydrogen separator 57 having a hydrogen separation membrane such as a palladium membrane as the reforming gas 63 for the hydrogen separator. And hydrogen 59 is separated. At that time, in order to perform efficient hydrogen separation, the reforming gas 63 for the hydrogen separator is pressurized as necessary. Hydrogen 59 is supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 and electrochemically reacts with oxygen in the power generation air 25 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 to thereby produce a polymer electrolyte. Power generation of the fuel cell stack 9 is performed. All unreacted hydrogen 60 is recycled to the fuel electrode 6 and used for power generation in order to improve the power transmission end efficiency of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. However, since the unreacted hydrogen 60 contains some impurities other than hydrogen, the purge valve 61 is opened intermittently and the purge gas 62 is released.

図2に示した実施例2においても、図1に示した実施例1と同様に、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物燃料電池セルスタック38から第一の改質器52に供給される排熱の温度が低いために第一の改質器52の温度が700℃以下に低下して水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度が上昇しても、第二の改質器53で水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、第二の改質器53での水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と水素分離器排出ガス58を改質器バーナ54で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38と固体高分子形燃料電池セルスタック9で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。
[実施例3]
In the second embodiment shown in FIG. 2, the operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is 600 to 800 as compared with the conventional example shown in FIG. 16 as in the first embodiment shown in FIG. When the temperature is as low as 0 ° C., the temperature of the first reformer 52 decreases to 700 ° C. or lower because the temperature of the exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the first reformer 52 is low. Even if the methane concentration in the hydrogen-rich reformed gas 22 increases, hydrogen is produced by causing the second reformer 53 to perform a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas 22. In addition, the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas 22 in the second reformer 53 is a solid polymer without using the natural gas 1 as a new fuel. cathode exhaust gas fuel cell stack 13 and the hydrogen separator discharge Since supplied by burning a scan 58 in the reformer burner 54, the fuel of the methane conversion indicating the rate of fuel is effectively utilized in a solid oxide fuel cell stack 38 and the solid polymer fuel cell stack 9 A decrease in the utilization rate can be suppressed, and a decrease in power generation efficiency of the fuel cell power generation system can be suppressed.
[Example 3]

図3は、実施例3として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図3において、前述した図16、図1、および図2と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図3において、64は燃料極、65はりん酸電解質、66は空気極、67はりん酸形燃料電池セルスタック、68はりん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス、69はりん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス、70はりん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス、85はりん酸形燃料電池セルスタックの発電用空気、86はりん酸形燃料電池セルスタックの発電用空気85の供給量を制御する流量制御弁である。   FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system of the present invention exemplified as the third embodiment. In FIG. 3, the same parts as those in FIGS. 16, 1, and 2 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 3, 64 is a fuel electrode, 65 is a phosphoric acid electrolyte, 66 is an air electrode, 67 is a phosphoric acid fuel cell stack, 68 is a reformed gas for a phosphoric acid fuel cell stack, and 69 is a phosphoric acid fuel. Battery cell stack air electrode exhaust gas, 70 is phosphoric acid fuel cell stack fuel electrode exhaust gas, 85 is phosphoric acid fuel cell stack power generation air, 86 is phosphoric acid fuel cell stack power generation It is a flow rate control valve that controls the supply amount of air 85.

図3を用いて、実施例3で例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。本実施例の燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図3に示したように、改質器3の代わりに第一の改質器52と第二の改質器53という二つの改質器を設け、さらに第二の改質器53には改質器バーナ54を設けた点、CO選択酸化器5と凝縮器29が不要で、燃料極6、固体高分子電解質7、および空気極8からなる単セルより構成される固体高分子形燃料電池セルスタック9の代わりに、燃料極64、りん酸電解質65、空気極66からなる単セルより構成されるりん酸形燃料電池セルスタック67を設けた点が異なる。なお、図3において、りん酸形燃料電池セルスタック67が一組の燃料極64、りん酸電解質65、および空気極66からなる単セルによって構成されているように示されているが、実際にはりん酸形燃料電池セルスタック67は複数の単セルから構成されている。   The fuel cell power generation system of the present invention illustrated in Example 3 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system of the present embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that a first reformer 52 and a second reformer are used instead of the reformer 3 as shown in FIG. The reformer 53 is provided with two reformers, and the second reformer 53 is provided with a reformer burner 54. The CO selective oxidizer 5 and the condenser 29 are unnecessary, the fuel electrode 6, Instead of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 composed of a single cell composed of the solid polymer electrolyte 7 and the air electrode 8, it is composed of a single cell composed of the fuel electrode 64, the phosphoric acid electrolyte 65, and the air electrode 66. The difference is that a phosphoric acid fuel cell stack 67 is provided. In FIG. 3, the phosphoric acid fuel cell stack 67 is shown as being constituted by a single cell composed of a pair of fuel electrode 64, phosphoric acid electrolyte 65, and air electrode 66. The phosphoric acid fuel cell stack 67 is composed of a plurality of single cells.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図3を参照して説明する。本実施例では、第二の改質器53を700℃以上に設定し吸熱反応であるメタンの水蒸気改質反応を行わせるために、りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス69とりん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス70を改質器バーナ54に供給し、りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス69中の未反応酸素とりん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス70中の未反応燃料および未反応水素を燃焼させることによって、改質器バーナ54から第二の改質器53に必要な熱を供給する。改質器バーナ54からは改質器バーナ燃焼排出ガス56を放出する。なお、図3では、第二の改質器53に必要な熱を供給するために、りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス69とりん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス70を改質器バーナ54に供給し燃焼させたが、りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス69、固体酸化物形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス44、および空気14のいずれか一つ以上と、りん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス70と排出用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス45の一つ以上を改質器バーナ54に供給し、酸素と未反応燃料、未反応水素、および未反応一酸化炭素を燃焼させれば、改質器バーナ54での燃焼のために新たに燃料である天然ガス1を供給することなく、第二の改質器53で水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応を効率的に行わせ、水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度を低減させることができる。   Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the second reformer 53 is set to 700 ° C. or higher, and the steam reforming reaction of methane, which is an endothermic reaction, is performed, so that the cathode exhaust gas 69 and phosphorus of the phosphoric acid fuel cell stack The anode discharge gas 70 of the acid fuel cell stack is supplied to the reformer burner 54, and unreacted oxygen in the cathode discharge gas 69 of the phosphoric acid fuel cell stack and the fuel of the phosphoric acid fuel cell stack The necessary heat is supplied from the reformer burner 54 to the second reformer 53 by burning unreacted fuel and unreacted hydrogen in the polar exhaust gas 70. From the reformer burner 54, the reformer burner combustion exhaust gas 56 is discharged. In FIG. 3, in order to supply necessary heat to the second reformer 53, the cathode exhaust gas 69 of the phosphoric acid fuel cell stack and the anode exhaust gas 70 of the phosphoric acid fuel cell stack are used. Was supplied to the reformer burner 54 and burned, but any one of the cathode discharge gas 69 of the phosphoric acid fuel cell stack, the cathode discharge gas 44 of the solid oxide fuel cell stack, and the air 14 was used. At least one of the anode discharge gas 70 of the phosphoric acid fuel cell stack and the anode discharge gas 45 of the solid oxide fuel cell stack for discharge to the reformer burner 54, If unreacted fuel, unreacted hydrogen, and unreacted carbon monoxide are combusted, the second reforming is performed without supplying the natural gas 1 as a new fuel for combustion in the reformer burner 54. Hydrogen-rich reformer gas in vessel 53 Methane steam reforming reaction in the 22 to efficiently carried out, it is possible to reduce the methane concentration in the hydrogen-rich reformed gas 22.

COシフトコンバータ4で作られた一酸化炭秦濃度を1%以下に低減させた改質ガス21の一部を、りん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス68として第二の燃料電池セルスタックであるりん酸形燃料電池セルスタック67の燃料極64に供給する。一方、空気供給用ブロア12で取り込んだ空気14の一部を、りん酸形燃料電池セルスタックの発電用空気85として、りん酸形燃料電池セルスタック67の空気極66に供給する。りん酸形燃料電池セルスタック67の空気極66へのりん酸形燃料電池セルスタックの発電用空気85の供給量は、あらかじめ設定された燃料電池直流出力18の電池電流と流量制御弁86の開度(すなわち、りん酸形燃料電池セルスタックの発電用空気85の供給量)の関係に基づいて、流量制御弁86の開度を制御することによって、燃料電池直流出力18の電池電流に見合った値に設定する。りん酸形燃料電池セルスタック67の作動温度は190℃が一般的であり、電池反応による発熱により作動温度が維持される。   A part of the reformed gas 21 produced by the CO shift converter 4 and reduced in the concentration of carbon monoxide to 1% or less is used as a reformed gas 68 for a phosphoric acid fuel cell stack. Is supplied to the fuel electrode 64 of the phosphoric acid fuel cell stack 67. On the other hand, a part of the air 14 taken in by the air supply blower 12 is supplied to the air electrode 66 of the phosphoric acid fuel cell stack 67 as power generation air 85 of the phosphoric acid fuel cell stack. The supply amount of the power generation air 85 of the phosphoric acid fuel cell stack to the air electrode 66 of the phosphoric acid fuel cell stack 67 is determined based on the battery current of the fuel cell DC output 18 and the opening of the flow control valve 86. The flow rate control valve 86 is controlled based on the relationship of the degree (that is, the supply amount of the power generation air 85 of the phosphoric acid fuel cell stack) to meet the battery current of the fuel cell DC output 18. Set to value. The operating temperature of the phosphoric acid fuel cell stack 67 is generally 190 ° C., and the operating temperature is maintained by heat generated by the battery reaction.

りん酸形燃料電池セルスタック67の燃料極64では、白金系電極触媒の働きで、りん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス68中に含まれる水素の約80%が、固体高分子形燃料電池セルスタックの場合と同様に(化9)式に示した燃料極反応により水素イオンと電子に変わる。燃料極65で生成した水素イオンは、りん酸電解質の内部を移動し、空気極66に到達する。一方、燃料極64で生成した電子は、外部回路を移動し、空気極66に到達する。この電子が外部回路を移動する過程で電気エネルギーを燃料電池直流出力18として取り出すことができる。   In the fuel electrode 64 of the phosphoric acid fuel cell stack 67, about 80% of the hydrogen contained in the reformed gas 68 for the phosphoric acid fuel cell stack is made into a solid polymer fuel by the action of the platinum-based electrode catalyst. As in the case of the battery cell stack, hydrogen ions and electrons are changed by the fuel electrode reaction shown in the chemical formula (9). Hydrogen ions generated at the fuel electrode 65 move inside the phosphate electrolyte and reach the air electrode 66. On the other hand, the electrons generated at the fuel electrode 64 move through the external circuit and reach the air electrode 66. Electric energy can be taken out as the fuel cell DC output 18 in the process of the electrons moving through the external circuit.

りん酸形燃料電池セルスタック67の空気極66では、白金系電極触媒の働きで、燃料極64からりん酸電解質65の内部を空気極66に移動してきた水素イオン、燃料極64から外部回路を空気極66に移動してきた電子、および空気極66に供給されたりん酸形燃料電池セルスタックの発電用空気85中の酸索が、固体高分子形燃料電池セルスタックの場合と同様に(化10)式に示した空気極反応により反応し、水が生成(水蒸気で生成)する。(化9)式と(化10)式をまとめると、りん酸形燃料電池セルスタック67の電池反応は、固体高分子形燃料電池セルスタックの場合と同様に、(化11)式に示した水素と酸素から水ができる水の電気分解の逆反応として表すことができる。   In the air electrode 66 of the phosphoric acid fuel cell stack 67, hydrogen ions that have moved from the fuel electrode 64 to the air electrode 66 by the action of the platinum-based electrode catalyst, an external circuit is connected from the fuel electrode 64. The electrons that have moved to the air electrode 66 and the acid cords in the power generation air 85 of the phosphoric acid fuel cell stack supplied to the air electrode 66 are the same as in the case of the polymer electrolyte fuel cell stack. 10) It reacts by the air electrode reaction shown in the formula, and water is produced (produced with water vapor). Summarizing the formula (9) and the formula (10), the battery reaction of the phosphoric acid fuel cell stack 67 is expressed by the formula (11) as in the case of the polymer electrolyte fuel cell stack. It can be expressed as the reverse reaction of the electrolysis of water that can be produced from hydrogen and oxygen.

りん酸形燃料電池セルスタックの発電用空気85は、りん酸形燃料電池セルスタック67の空気極66で酸素の一部を(化10)式に示した空気極反応により消費した後に、りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス69として排出する。一方、りん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス68は、りん酸形燃料電池セルスタック67の燃料極64で水素の約80%を(化9)式に示した燃料極反応により消費した後に、りん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス70として排出する。   The power generation air 85 of the phosphoric acid fuel cell stack is consumed by phosphoric acid after a part of oxygen is consumed by the air electrode reaction shown in the formula (10) at the air electrode 66 of the phosphoric acid fuel cell stack 67. It is discharged as the air electrode exhaust gas 69 of the fuel cell stack. On the other hand, the reformed gas 68 for the phosphoric acid fuel cell stack consumes about 80% of the hydrogen in the fuel electrode 64 of the phosphoric acid fuel cell stack 67 by the fuel electrode reaction shown in the formula (9). Then, it is discharged as the fuel electrode exhaust gas 70 of the phosphoric acid fuel cell stack.

図3に示した実施例3においても、図1および図2に示した実施例1および実施例2と同様に、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物燃料電池セルスタック38から第一の改質器52に供給される排熱の温度が低いために第一の改質器52の温度が700℃以下に低下して水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度が上昇しても、第二の改質器53で水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、第二の改質器53での水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス69と、りん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス70を改質器バーナ54で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38とりん酸形燃料電池セルスタック67で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。
[実施例4]
Also in the third embodiment shown in FIG. 3, the solid oxide fuel cell stack 38 is compared to the conventional example shown in FIG. 16 as in the first and second embodiments shown in FIG. 1 and FIG. The temperature of the first reformer 52 is low because the temperature of the exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the first reformer 52 is low when the operating temperature of the battery is as low as 600 to 800 ° C. Even when the methane concentration in the hydrogen-rich reformed gas 22 rises to 700 ° C. or lower and the second reformer 53 performs the steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas 22. In addition, the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas 22 in the second reformer 53 is generated by the natural gas 1 as a new fuel. Without using, the cathode exhaust gas of phosphoric acid fuel cell stack 9 and the anode discharge gas 70 of the phosphoric acid fuel cell stack are supplied by burning in the reformer burner 54, so that the solid oxide fuel cell stack 38 and the phosphoric acid fuel cell stack 67 It is possible to suppress a decrease in the fuel utilization rate in terms of methane, which indicates the proportion of fuel that is effectively used, and to suppress a decrease in power generation efficiency of the fuel cell power generation system.
[Example 4]

図4は、実施例4として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図4において、前述した図16、図1、図2、および図3と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図4において、71は一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス、72はCO選択酸化器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス、73は一酸化炭素濃度をppmオーダーに低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス、74は未反応水蒸気を凝縮させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス、75は脱硫器リサイクル用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス、76は脱硫器リサイクル用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス75の供給量を制御する流量制御弁、77はCOシフトコンバータ用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガスである。   FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system of the present invention exemplified as the fourth embodiment. 4, the same components as those in FIGS. 16, 1, 2, and 3 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 4, 71 is a fuel electrode exhaust gas of a solid oxide fuel cell stack in which the carbon monoxide concentration is reduced to 1% or less, and 72 is a fuel electrode of a solid oxide fuel cell stack for a CO selective oxidizer. Exhaust gas, 73 is a fuel electrode exhaust gas of a solid oxide fuel cell stack in which the concentration of carbon monoxide is reduced to the order of ppm, and 74 is a fuel electrode of a solid oxide fuel cell stack in which unreacted water vapor is condensed Exhaust gas, 75 is the anode discharge gas of the solid oxide fuel cell stack for recycling the desulfurizer, 76 is controlling the supply amount of the anode discharge gas 75 of the solid oxide fuel cell stack for recycling the desulfurizer The flow control valve 77 is an anode exhaust gas of a solid oxide fuel cell stack for a CO shift converter.

図4を用いて、実施例4に例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。本実施例の燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図4に示したように、改質器3の代わりに第一の改質器52と第二の改質器53という二つの改質器を設け、さらに第二の改質器53には改質器バーナ54を設けた点と、水素リッチな改質ガス22の代わりにCOシフトコンバータ用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス77をシフトコンバータ4に供給する点が異なる。   The fuel cell power generation system of the present invention exemplified in Example 4 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system of the present embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that a first reformer 52 and a second reformer are used instead of the reformer 3 as shown in FIG. The reformer 53 is provided with two reformers, the second reformer 53 is provided with a reformer burner 54, and a solid for a CO shift converter instead of the hydrogen-rich reformed gas 22. The difference is that the fuel electrode exhaust gas 77 of the oxide fuel cell stack is supplied to the shift converter 4.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図4を参照して説明する。本実施例では、脱硫器2で、第一の改質器52および第二の改質器53の改質触媒と固体高分子形燃料電池セルスタック9の燃料極6および固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35の電極触媒の劣化原因となる天然ガス1中のメルカプタン等の腐臭剤に含まれる硫黄分を水添脱硫により吸着除去する。すなわち、コバルト−モリブデン系触媒により最初に硫黄と水素を反応させて硫化水素を生成させ、次にこの硫化水素と酸化亜鉛を反応させることによって硫化亜鉛を生成させ、硫黄分を除去する。硫化水秦の生成に必要な水素を供給するために、水素リッチな一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス71の一部を、脱硫器リサイクル用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス75として脱硫器2にリサイクルする。脱硫器リサイクル用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス75の供給量は、あらかじめ設定された流量制御弁27の開度(すなわち、天然ガス1の供給量)と流量制御弁76の開度(すなわち、脱硫器リサイクル用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス75の供給量)の関係に基づいて、流量制御弁76の開度を制御することによって、天然ガス1の供給量と見合った値に設定する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, in the desulfurizer 2, the reforming catalyst of the first reformer 52 and the second reformer 53, the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, and the solid oxide fuel cell. The sulfur content contained in the odorant such as mercaptan in the natural gas 1 which causes deterioration of the electrode catalyst of the fuel electrode 35 of the cell stack 38 is removed by adsorption by hydrodesulfurization. Specifically, sulfur and hydrogen are first reacted with a cobalt-molybdenum-based catalyst to generate hydrogen sulfide, and then hydrogen sulfide and zinc oxide are reacted to generate zinc sulfide to remove the sulfur content. In order to supply the hydrogen necessary for the production of water sulfidation, a part of the fuel electrode exhaust gas 71 of the solid oxide fuel cell stack in which the hydrogen-rich carbon monoxide concentration is reduced to 1% or less is desulfurized. This is recycled to the desulfurizer 2 as the fuel electrode exhaust gas 75 of the solid oxide fuel cell stack for recycler. The supply amount of the anode discharge gas 75 of the solid oxide fuel cell stack for recycling the desulfurizer is determined based on the preset opening degree of the flow control valve 27 (that is, the supply amount of natural gas 1) and the flow control valve 76. Natural gas by controlling the opening degree of the flow rate control valve 76 based on the relationship of the opening degree (that is, the supply amount of the fuel electrode exhaust gas 75 of the solid oxide fuel cell stack for recycling the desulfurizer). Set to a value commensurate with the supply amount of 1.

第二の改質器53でメタン濃度が低減された改質ガス55は、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35に供給し、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の発電を行う。   The reformed gas 55 whose methane concentration has been reduced by the second reformer 53 is supplied to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38 to generate power in the solid oxide fuel cell stack 38. .

COシフトコンバータ用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス77には、固体高分子形燃料電池セルスタック9の燃料極6の電極触媒の劣化原因となる一酸化炭素が含まれているので、COシフトコンバータ用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス77はCOシフトコンバータ4に供給し、COシフトコンバータ用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス77中の一酸化炭素濃度を1%以下まで低減させる。COシフトコンバータ4で作られた一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス71の一部は、前述したように脱硫器リサイクル用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス75として脱硫器2に供給し、残りは、一酸化炭素濃度が100ppm以上であると、固体高分子形燃料電池セルスタック9の燃料極6に供給した場合に電極触媒の劣化原因となるので、一酸化炭素濃度をppmオーダーに低減させるために、CO選択酸化器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス72としてCO選択酸化器5に供給する。CO選択酸化器5では、CO選択酸化器用の固体酸化物形燃料電池の燃料極排出ガス72中の一酸化炭素濃度をppmオーダーに低減させる。   The fuel cell exhaust gas 77 of the solid oxide fuel cell stack for the CO shift converter contains carbon monoxide that causes deterioration of the electrode catalyst of the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9. Therefore, the anode discharge gas 77 of the solid oxide fuel cell stack for the CO shift converter is supplied to the CO shift converter 4, and the anode discharge gas 77 of the solid oxide fuel cell stack for the CO shift converter is supplied. Reduce the carbon monoxide concentration to 1% or less. As described above, a part of the fuel electrode exhaust gas 71 of the solid oxide fuel cell stack in which the carbon monoxide concentration produced by the CO shift converter 4 is reduced to 1% or less is solid oxide for recycling the desulfurizer. It supplied to the desulfurizer 2 as the fuel electrode exhaust gas 75 of the physical fuel cell stack, and the remainder was supplied to the fuel electrode 6 of the solid polymer fuel cell stack 9 when the carbon monoxide concentration was 100 ppm or more. In order to reduce the carbon monoxide concentration on the order of ppm, the CO selective oxidizer 5 is used as the fuel electrode exhaust gas 72 of the solid oxide fuel cell stack for the CO selective oxidizer. Supply. The CO selective oxidizer 5 reduces the carbon monoxide concentration in the fuel electrode exhaust gas 72 of the solid oxide fuel cell for the CO selective oxidizer to the order of ppm.

CO選択酸化器用空気26の供給量は、あらかじめ設定された流量制御弁27の開度(すなわち、天然ガス1の供給量)と流量制御弁11の開度(すなわち、CO選択酸化器用空気26の供給量)の関係に基づいて、流量制御弁11の開度を制御することによって、天然ガス1の供給量に見合った値に設定する。   The supply amount of the CO selective oxidizer air 26 includes the preset opening degree of the flow control valve 27 (ie, the supply amount of natural gas 1) and the opening degree of the flow control valve 11 (ie, the CO selective oxidizer air 26). Based on the relationship of the supply amount), the opening degree of the flow control valve 11 is controlled to set a value corresponding to the supply amount of the natural gas 1.

CO選択酸化器5で作られた一酸化炭素濃度をppmオーダーに低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス73に含まれる未反応水蒸気は、凝縮器29で100℃以下に冷却することによって、凝縮水31として回収する。凝縮器29で未反応水蒸気を凝縮させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス74は、固体高分子形燃料電池セルスタック9の燃料極6に供給する。   Unreacted water vapor contained in the fuel electrode exhaust gas 73 of the solid oxide fuel cell stack in which the carbon monoxide concentration produced by the CO selective oxidizer 5 is reduced to the order of ppm is reduced to 100 ° C. or less by the condenser 29. The condensed water 31 is recovered by cooling. The fuel electrode exhaust gas 74 of the solid oxide fuel cell stack in which the unreacted water vapor is condensed by the condenser 29 is supplied to the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9.

固体高分子形燃料電池セルスタック9の燃料極6では、白金系電極触媒の働きで、未反応水蒸気を凝縮させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス74に含まれる水素の約80%が、(化9)式に示した燃料極反応により水素イオンと電子に変わる。燃料極6で生成した水素イオンは、ナフィオン等のスルフォン酸基を有するフッ素系高分子から構成される固体高分子電解質7の内部を移動し、空気極8に到達する。一方、燃料極6で生成した電子は、外部回路を移動し、空気極8に到達する。この電子が外部回路を移動する過程で、電気エネルギーを燃料電池直流出力18として取り出すことができる。   In the fuel electrode 6 of the polymer electrolyte fuel cell stack 9, about platinum of the hydrogen contained in the fuel electrode exhaust gas 74 of the solid oxide fuel cell stack in which the unreacted water vapor is condensed by the action of the platinum-based electrode catalyst. 80% is converted into hydrogen ions and electrons by the fuel electrode reaction shown in the chemical formula (9). Hydrogen ions generated at the fuel electrode 6 move inside the solid polymer electrolyte 7 composed of a fluorine-based polymer having a sulfonic acid group such as Nafion and reach the air electrode 8. On the other hand, the electrons generated at the fuel electrode 6 travel through the external circuit and reach the air electrode 8. Electric energy can be taken out as the fuel cell DC output 18 in the process of the electrons moving through the external circuit.

図4に示した実施例4においても、図1、図2、および図3に示した実施例1、実施例2、および実施例3と同様に、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物燃料電池セルスタック38から第一の改質器52に供給される排熱の温度が低いために第一の改質器52の温度が700℃以下に低下して水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度が上昇しても、第二の改質器53で水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、第二の改質器53での水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス15を改質器バーナ54で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38と固体高分子形燃料電池セルスタック9で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。
[実施例5]
In the fourth embodiment shown in FIG. 4, as in the first, second, and third embodiments shown in FIGS. 1, 2, and 3, as compared with the conventional example shown in FIG. When the operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is as low as 600 to 800 ° C., the temperature of the exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the first reformer 52 is low. Even if the temperature of the first reformer 52 is lowered to 700 ° C. or lower and the methane concentration in the hydrogen-rich reformed gas 22 is increased, the second reformer 53 in the hydrogen-rich reformed gas 22 Hydrogen is produced by performing the steam reforming reaction of methane, and the reaction heat required for the steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas 22 in the second reformer 53 is Without using natural gas 1 as a new fuel, polymer electrolyte fuel cells Since the air electrode exhaust gas 13 of the tack and the fuel electrode exhaust gas 15 of the polymer electrolyte fuel cell stack are supplied by combustion in the reformer burner 54, the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte are supplied. It is possible to suppress a decrease in the fuel utilization rate in terms of methane, which indicates the proportion of fuel that is effectively used in the fuel cell stack 9, and to suppress a decrease in power generation efficiency of the fuel cell power generation system.
[Example 5]

図5は、実施例5として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図5において、前述した図16、図1、図2、図3、および図4と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図5において、78は水素分離器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガスである。   FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system of the present invention exemplified as the fifth embodiment. In FIG. 5, the same parts as those in FIGS. 16, 1, 2, 3, and 4 described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In FIG. 5, reference numeral 78 denotes an anode exhaust gas of a solid oxide fuel cell stack for a hydrogen separator.

図5を用いて、実施例5で例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。本実施例の燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図5に示したように、改質器3の代わりに第一の改質器52と第二の改質器53という二つの改質器を設け、さらに第二の改質器53には改質器バーナ54を設けた点、水素リッチな改質ガス22の代わりにCOシフトコンバータ用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス77をシフトコンバータ4に供給する点、およびCO選択酸化器5と凝縮器29の代わりに水素分離器57を設けた点が異なる。   The fuel cell power generation system of the present invention exemplified in Example 5 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system of the present embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that the first reformer 52 and the second reformer 3 instead of the reformer 3 as shown in FIG. The reformer 53 is provided with two reformers, and the second reformer 53 is provided with a reformer burner 54. Solid oxidation for a CO shift converter instead of the hydrogen-rich reformed gas 22 The difference is that the anode discharge gas 77 of the physical fuel cell stack is supplied to the shift converter 4, and the hydrogen separator 57 is provided in place of the CO selective oxidizer 5 and the condenser 29.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図5を参照して説明する。本実施例では、COシフトコンバータ4で作られた一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス71の一部は、水素分離器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス78としてパラジウム膜等の水素分離膜を有する水素分離器57に供給され、水素59が分離される。その際、効率的な水素分離を行うために、必要に応じて水素分離器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス78の加圧を行う。   Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a part of the anode exhaust gas 71 of the solid oxide fuel cell stack in which the carbon monoxide concentration produced by the CO shift converter 4 is reduced to 1% or less is used as a solid oxide for a hydrogen separator. The fuel electrode stack 78 is supplied as a fuel electrode exhaust gas 78 to a hydrogen separator 57 having a hydrogen separation membrane such as a palladium membrane, and hydrogen 59 is separated. At that time, in order to perform efficient hydrogen separation, the anode discharge gas 78 of the solid oxide fuel cell stack for the hydrogen separator is pressurized as necessary.

図5に示した実施例5においても、図1、図2、図3、および図4に示した本発明の実施例1、実施例2、実施例3、および実施例4と同様に、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物燃料電池セルスタック38から第一の改質器52に供給される排熱の温度が低いために第一の改質器52の温度が700℃以下に低下して水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度が上昇しても、第二の改質器53での水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、第二の改質器53での水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と水素分離器排出ガス58を改質器バーナ54で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38と固体高分子形燃料電池セルスタック9で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。
[実施例6]
In the fifth embodiment shown in FIG. 5 as well, as in the first, second, third, and fourth embodiments of the present invention shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 16, when the operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is as low as 600 to 800 ° C., the solid oxide fuel cell stack 38 supplies the first reformer 52. Even if the temperature of the first reformer 52 decreases to 700 ° C. or lower due to the low temperature of the exhaust heat generated, the second reformer does not exceed the methane concentration in the hydrogen-rich reformed gas 22. Hydrogen is produced by performing a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas 22 at 53, and the methane in the hydrogen-rich reformed gas 22 in the second reformer 53 is produced. The reaction heat required for the steam reforming reaction can be achieved without using natural gas 1 as a new fuel. Since supplied by burning the air electrode exhaust gas 13 and the hydrogen separator exhaust gas 58 of the solid polymer fuel cell stack reformer burner 54, the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte It is possible to suppress a decrease in the fuel utilization rate in terms of methane, which indicates the proportion of fuel that is effectively used in the fuel cell stack 9, and it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency of the fuel cell power generation system.
[Example 6]

図6は、実施例6として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図6において、前述した図16、図1、図2、図3、図4、および図5と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図6において、79はりん酸形燃料電池セルスタック用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガスである。   FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as a sixth embodiment. In FIG. 6, the same parts as those in FIGS. 16, 1, 2, 3, 4, and 5 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 6, reference numeral 79 denotes an anode exhaust gas of a solid oxide fuel cell stack for a phosphoric acid fuel cell stack.

図6を用いて、実施例6で例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。本実施例の燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図6に示したように、改質器3の代わりに第一の改質器52と第二の改質器53という二つの改質器を設け、さらに第二の改質器53には改質器バーナ54を設けた点、水素リッチな改質ガス22の代わりにCOシフトコンバータ用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス77をCOシフトコンバータ4に供給する点、およびCO選択酸化器5と凝縮器29が不要で、燃料極6、固体高分子電解質7、および空気極8からなる単セルより構成される固体高分子形燃料電池セルスタック9の代わりに、燃料極64、りん酸電解質65、空気極66からなる単セルより構成されるりん酸形燃料電池セルスタック67を設けた点が異なる。   The fuel cell power generation system of the present invention exemplified in Example 6 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system of the present embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that the first reformer 52 and the second reformer 3 instead of the reformer 3, as shown in FIG. The reformer 53 is provided with two reformers, and the second reformer 53 is provided with a reformer burner 54. Solid oxidation for a CO shift converter instead of the hydrogen-rich reformed gas 22 The fuel electrode cell stack stack fuel electrode exhaust gas 77 is supplied to the CO shift converter 4, and the CO selective oxidizer 5 and the condenser 29 are unnecessary, and the fuel electrode 6, the solid polymer electrolyte 7, and the air electrode 8. In place of the polymer electrolyte fuel cell stack 9 composed of a single cell made of a phosphoric acid fuel cell stack 67 composed of a single cell composed of a fuel electrode 64, a phosphoric acid electrolyte 65, and an air electrode 66. Different points are provided.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図6を参照して説明する。本実施例では、一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス71の一部を、りん酸形燃料電池セルスタック用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス79として、りん酸形燃料電池セルスタック67の燃料極64に供給し、りん酸形燃料電池セルスタック67の発電を行う。   Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a part of the fuel electrode exhaust gas 71 of the solid oxide fuel cell stack whose carbon monoxide concentration is reduced to 1% or less is used as the solid oxide fuel for the phosphoric acid fuel cell stack. The fuel cell stack fuel electrode exhaust gas 79 is supplied to the fuel electrode 64 of the phosphoric acid fuel cell stack 67 to generate electricity.

図6に示した本実施例においても、図1、図2、図3、図4、および図5に示した実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、および実施例5と同様に、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物燃料電池セルスタック38から第一の改質器52に供給される排熱の温度が低いために第一の改質器52の温度が700℃以下に低下して水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度が上昇しても、第二の改質器53で水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、第二の改質器53での水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス69とりん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス70を改質器バーナ54で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38とりん酸形燃料電池セルスタック67で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。
[実施例7]
Also in the present embodiment shown in FIG. 6, the first, second, third, fourth, and fifth embodiments shown in FIGS. 1, 2, 3, 4, and 5 Similarly, when the operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is as low as 600 to 800 ° C. as compared with the conventional example shown in FIG. Even if the temperature of the first reformer 52 decreases to 700 ° C. or lower because the temperature of the exhaust heat supplied to the reactor 52 is low, the methane concentration in the hydrogen-rich reformed gas 22 increases. Hydrogen is produced by performing a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas 22 in the reformer 53, and in the hydrogen-rich reformed gas 22 in the second reformer 53. The reaction heat required for the steam reforming reaction of methane is to use natural gas 1 as a new fuel. However, since the cathode exhaust gas 69 of the phosphoric acid fuel cell stack and the anode exhaust gas 70 of the phosphoric acid fuel cell stack are supplied by combustion in the reformer burner 54, the solid oxide fuel cell It is possible to suppress a decrease in the fuel utilization rate in terms of methane, which indicates the proportion of fuel effectively used in the cell stack 38 and the phosphoric acid fuel cell stack 67, and to suppress a decrease in power generation efficiency of the fuel cell power generation system Is possible.
[Example 7]

図7は、実施例7として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図7において、前述した図16、図1、図2、図3、図4、図5、および図6と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図7において、80は第二の改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス、81はメタン濃度を低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガスである。   FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as a seventh embodiment. 7, the same parts as those in FIGS. 16, 1, 2, 3, 4, 5, and 6 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 7, 80 is the anode discharge gas of the solid oxide fuel cell stack for the second reformer, and 81 is the anode discharge gas of the solid oxide fuel cell stack with reduced methane concentration. .

図7を用いて、実施例7で例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。本実施例の燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図7に示したように、改質器3の代わりに第一の改質器52と第二の改質器53を設け、さらに第二の改質器53には改質器バーナ54を設けた点と、第二の改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス80を第二の改質器53に供給する点が異なる。   The fuel cell power generation system of the present invention exemplified in Example 7 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system of the present embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that the first reformer 52 and the second reformer 3 instead of the reformer 3, as shown in FIG. A reformer 53 is provided, and further, a reformer burner 54 is provided in the second reformer 53, and an anode exhaust gas 80 of a solid oxide fuel cell stack for the second reformer is provided. The difference is that the second reformer 53 is supplied.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図7を参照して説明する。本実施例では、固体酸化物燃料電池セルスタック38の発電温度が600〜800℃と低い場合には、第一の改質器52の温度が700℃より低下し、熱力学的な平衡の関係で未反応メタンが水素リッチな改質ガス22中に多く含まれることになる。水素リッチな改質ガス22は、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35に供給され、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の発電が行われる。未反応メタンを多く含む第二の改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス80は、第二の改質器53に供給され、充填された改質触媒の働きにより(化1)式に示したメタンの水蒸気改質反応を行わせ、第二の改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス80中のメタン濃度を低減させる。メタン濃度を低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス81は、COシフトコンバータ4に供給する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, when the power generation temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is as low as 600 to 800 ° C., the temperature of the first reformer 52 is lowered from 700 ° C., and the relationship of thermodynamic equilibrium. Thus, a large amount of unreacted methane is contained in the reformed gas 22 rich in hydrogen. The hydrogen-rich reformed gas 22 is supplied to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38, and power generation of the solid oxide fuel cell stack 38 is performed. The fuel electrode exhaust gas 80 of the solid oxide fuel cell stack for the second reformer containing a large amount of unreacted methane is supplied to the second reformer 53 and acts by the charged reforming catalyst ( The steam reforming reaction of methane shown in the chemical formula 1) is performed to reduce the methane concentration in the fuel electrode exhaust gas 80 of the solid oxide fuel cell stack for the second reformer. The fuel electrode exhaust gas 81 of the solid oxide fuel cell stack in which the methane concentration is reduced is supplied to the CO shift converter 4.

図7に示した実施例7においても、図1、図2、図3、図4、図5、および図6に示した実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実施例5、および実施例6と同様に、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物燃料電池セルスタック38から第一の改質器52に供給される排熱の温度が低いために第一の改質器52の温度が700℃以下に低下して水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度が上昇しても、第二の改質器53で第二の改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス80中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、第二の改質器53での第二の改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス80中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス15を改質器バーナ54で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38と固体高分子形燃料電池セルスタック9で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。
[実施例8]
Also in the seventh embodiment shown in FIG. 7, the first, second, third, fourth, and fourth embodiments shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5 and 6, the solid oxide fuel cell stack when the operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is as low as 600 to 800 ° C. as compared with the conventional example shown in FIG. 16. Since the temperature of the exhaust heat supplied from 38 to the first reformer 52 is low, the temperature of the first reformer 52 is lowered to 700 ° C. or lower, and the methane concentration in the hydrogen-rich reformed gas 22 is reduced. Even if it rises, hydrogen is produced by causing the second reformer 53 to perform a steam reforming reaction of methane in the anode electrode gas 80 of the solid oxide fuel cell stack for the second reformer. And a solid oxide fuel cell unit for the second reformer in the second reformer 53. The reaction heat necessary for the steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas 80 of the fuel is not newly used as the natural gas 1 as fuel, and the air electrode exhaust gas 13 of the polymer electrolyte fuel cell stack and Since the fuel cell exhaust gas 15 of the polymer electrolyte fuel cell stack is supplied by being burned by the reformer burner 54, it is effective in the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9. It is possible to suppress a decrease in the fuel utilization rate in terms of methane, which indicates the proportion of fuel used, and to suppress a decrease in power generation efficiency of the fuel cell power generation system.
[Example 8]

図8は、実施例8として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図8において、前述した図16、図1、図2、図3、図4、図5、図6、および図7と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。   FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system of the present invention exemplified as the eighth embodiment. In FIG. 8, the same parts as those in FIGS. 16, 1, 2, 3, 4, 4, 5, and 7 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. .

図8を用いて、実施例8で例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。本実施例の燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図8に示したように、改質器3の代わりに第一の改質器52と第二の改質器53を設け、さらに第二の改質器53には改質器バーナ54を設けた点、第二の改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス80を第二の改質器53に供給する点、CO選択酸化器5と凝縮器29の代わりに水素分離器57を設けた点が異なる。   The fuel cell power generation system of the present invention exemplified in Example 8 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system of this embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that the first reformer 52 and the second reformer 3 are used instead of the reformer 3 as shown in FIG. The reformer 53 is provided, the reformer burner 54 is further provided in the second reformer 53, and the anode exhaust gas 80 of the solid oxide fuel cell stack for the second reformer is supplied to the first reformer 53. The difference is that the hydrogen is supplied to the second reformer 53 and the hydrogen separator 57 is provided in place of the CO selective oxidizer 5 and the condenser 29.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図8を参照して説明する。本実施例では、COシフトコンバータ4の排出ガスである一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス71の一部を、水素分離器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス78として水素分離器58に供給する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a part of the fuel electrode exhaust gas 71 of the solid oxide fuel cell stack in which the concentration of carbon monoxide, which is the exhaust gas of the CO shift converter 4, is reduced to 1% or less is used as a solid for a hydrogen separator. It is supplied to the hydrogen separator 58 as the fuel electrode exhaust gas 78 of the oxide fuel cell stack.

図8に示した実施例8においても、図1、図2、図3、図4、図5、図6、および図7に示した実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実施例5、実施例6、および実施例7と同様に、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の発電温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物燃料電池セルスタック38から第一の改質器52に供給される排熱の温度が低いために第一の改質器52の温度が700℃以下に低下して水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度が上昇しても、第二の改質器53で第二の改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス80中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、第二の改質器53での第二の改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス80中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と水素分離器排出ガス58を改質器バーナ54で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38と固体高分子形燃料電池セルスタック9で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。
[実施例9]
Also in the eighth embodiment shown in FIG. 8, the first, second, third, and fourth embodiments shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. As in Example 5, Example 6, and Example 7, when the power generation temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is as low as 600 to 800 ° C. as compared with the conventional example shown in FIG. Since the temperature of the exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the first reformer 52 is low, the temperature of the first reformer 52 is lowered to 700 ° C. or lower and the hydrogen-rich reforming is performed. Even if the methane concentration in the gas 22 rises, the second reformer 53 performs the steam reforming reaction of methane in the anode exhaust gas 80 of the solid oxide fuel cell stack for the second reformer. Hydrogen is produced by carrying out the process, and the solid oxide form for the second reformer in the second reformer 53 The reaction heat necessary for the steam reforming reaction of methane in the fuel cell stack fuel electrode exhaust gas 80 does not use the natural gas 1 that is a new fuel, and the air electrode discharge of the polymer electrolyte fuel cell stack Since the gas 13 and the hydrogen separator exhaust gas 58 are supplied by being burned by the reformer burner 54, the fuel used effectively in the solid oxide fuel cell stack 38 and the solid polymer fuel cell stack 9 It is possible to suppress a decrease in the fuel utilization rate in terms of methane that indicates the ratio, and it is possible to suppress a decrease in the power generation efficiency of the fuel cell power generation system.
[Example 9]

図9は、実施例9として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図9において、前述した図16、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、および図8と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。   FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system of the present invention exemplified as the ninth embodiment. 9, the same parts as those shown in FIGS. 16, 1, 2, 3, 4, 4, 5, 6, 7 and 8 described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Is omitted.

図9を用いて、実施例9で例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。本実施例の燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図9に示したように、改質器3の代わりに第一の改質器52と第二の改質器53を設け、さらに第二の改質器53には改質器バーナ54を設けた点、第二の改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス80を第二の改質器53に供給する点、およびCO選択酸化器5と凝縮器29が不要で、燃料極6、固体高分子電解質7、および空気極8からなる単セルより構成される固体高分子形燃料電池セルスタック9の代わりに、燃料極64、りん酸電解質65、空気極66からなる単セルより構成されるりん酸形燃料電池セルスタック67を設けた点が異なる。   The fuel cell power generation system of the present invention exemplified in Example 9 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system of the present embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that a first reformer 52 and a second reformer are used instead of the reformer 3 as shown in FIG. The reformer 53 is provided, the reformer burner 54 is further provided in the second reformer 53, and the anode exhaust gas 80 of the solid oxide fuel cell stack for the second reformer is supplied to the first reformer 53. The point supplied to the second reformer 53, the CO selective oxidizer 5 and the condenser 29 are unnecessary, and the solid polymer constituted by the single cell comprising the fuel electrode 6, the solid polymer electrolyte 7 and the air electrode 8 is used. Instead of the fuel cell stack 9, a phosphoric fuel cell stack 67 composed of a single cell comprising a fuel electrode 64, a phosphoric acid electrolyte 65, and an air electrode 66 is provided.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図9を参照して説明する。本実施例では、COシフトコンバータ4で作られた一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス71の一部を、りん酸形燃料電池セルスタック用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス79としてりん酸形燃料電池セルスタック67の燃料極64に供給し、りん酸形燃料電池セルスタック67の発電を行う。   Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a part of the anode discharge gas 71 of the solid oxide fuel cell stack produced by the CO shift converter 4 and having the carbon monoxide concentration reduced to 1% or less is used as a phosphoric acid fuel cell. The solid oxide fuel cell stack stack fuel electrode exhaust gas 79 is supplied to the fuel electrode 64 of the phosphoric acid fuel cell stack 67 as the fuel electrode exhaust gas 79, and the phosphoric acid fuel cell stack 67 generates power.

図9に示した実施例9においても、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、および図8に示した実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実施例5、実施例6、実施例7、および実施例8と同様に、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物燃料電池セルスタック38から第一の改質器52に供給される排熱の温度が低下するために第一の改質器52の温度が700℃以下に低下して水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度が上昇しても、第二の改質器53で第二の改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス80中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、第二の改質器53での第二の改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス80中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス69とりん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス70を改質器バーナ54で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38とりん酸形燃料電池セルスタック67で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。
[実施例10]
Also in the ninth embodiment shown in FIG. 9, the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. Similar to the fourth example, the fifth example, the sixth example, the seventh example, and the eighth example, the operation temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is 600 to 600 in comparison with the conventional example shown in FIG. When the temperature is as low as 800 ° C., the temperature of the first reformer 52 becomes 700 ° C. or lower because the temperature of the exhaust heat supplied from the solid oxide fuel cell stack 38 to the first reformer 52 is lowered. Even if the methane concentration in the hydrogen-rich reformed gas 22 decreases and increases, the second reformer 53 in the anode exhaust gas 80 of the solid oxide fuel cell stack for the second reformer Hydrogen is produced by performing a steam reforming reaction of methane, and the second reformer 53 in the second reformer 53 The reaction heat required for the steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas 80 of the solid oxide fuel cell stack for a reactor is not a new natural gas 1 as a fuel, but a phosphoric acid fuel cell. Since the stack cathode electrode gas 69 and the phosphoric acid fuel cell stack anode electrode gas 70 are supplied by combustion in the reformer burner 54, the solid oxide fuel cell stack 38 and the phosphoric acid fuel cell are supplied. It is possible to suppress a decrease in the fuel utilization rate in terms of methane, which indicates the proportion of fuel that is effectively used in the battery cell stack 67, and to suppress a decrease in power generation efficiency of the fuel cell power generation system.
[Example 10]

図10は、実施例10として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図10において、前述した図16、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、および図9と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図10において、82は改質器、83は改質器バーナ、84は改質器バーナ燃焼排出ガス、87は改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガスである。   FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system of the present invention exemplified as the tenth embodiment. 10, the same parts as those shown in FIGS. 16, 1, 2, 3, 4, 4, 5, 6, 7, 8, and 9 are denoted by the same reference numerals. Will not be described. 10, 82 is a reformer, 83 is a reformer burner, 84 is a reformer burner combustion exhaust gas, and 87 is a fuel electrode exhaust gas of a solid oxide fuel cell stack for the reformer.

図10を用いて、実施例10で例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。本実施例の燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図10に示したように、改質器3の代わりに、改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87を供給し、改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87中のメタンの水蒸気改質反応を行わせる改質器バーナ83を有する改質器82を設けた点が異なる。   The fuel cell power generation system of the present invention exemplified in Example 10 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system of this embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that a solid oxide fuel cell for a reformer is used instead of the reformer 3 as shown in FIG. A reformer having a reformer burner 83 for supplying the fuel cell exhaust gas 87 of the cell stack and causing a steam reforming reaction of methane in the fuel cell exhaust gas 87 of the solid oxide fuel cell stack for the reformer. The difference is that the device 82 is provided.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図10を参照して説明する。本実施例では、水蒸気と脱硫天然ガスの混合ガス23を固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35に供給する。固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35では、燃料極触媒の働きにより天然ガス1に含まれる炭化水素の水蒸気改質反応が行われ、水素と一酸化炭素が生成する。燃料極35で生成した水素と一酸化炭素がその場で(化3)式および(化4)式に示した燃料極反応により消費され、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の発電が行われる。炭化水素の水蒸気改質反応は吸熱反応であるので、発電に伴う固体酸化物形燃料電池セルスタック38の発熱を、炭化水素の水蒸気改質反応に必要な反応熱として利用する。しかし、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度が700℃より低い場合には、天然ガス1中の炭化水素がすべて水素と一酸化炭素に変換されることはなく、熱力学的な平衡の関係で未反応のメタンが固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス42中に多く存在することになる。   Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a mixed gas 23 of water vapor and desulfurized natural gas is supplied to the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38. In the fuel electrode 35 of the solid oxide fuel cell stack 38, the steam reforming reaction of hydrocarbons contained in the natural gas 1 is performed by the action of the fuel electrode catalyst, and hydrogen and carbon monoxide are generated. Hydrogen and carbon monoxide generated in the fuel electrode 35 are consumed on the spot by the fuel electrode reaction shown in the formulas (3) and (4), and the solid oxide fuel cell stack 38 is generated. . Since the hydrocarbon steam reforming reaction is an endothermic reaction, the heat generated by the solid oxide fuel cell stack 38 accompanying power generation is used as the reaction heat necessary for the hydrocarbon steam reforming reaction. However, when the operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is lower than 700 ° C., all hydrocarbons in the natural gas 1 are not converted into hydrogen and carbon monoxide, and thermodynamic equilibrium is achieved. Therefore, a large amount of unreacted methane is present in the anode exhaust gas 42 of the solid oxide fuel cell stack.

そこで、未反応メタンを含む固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス42の一部を、改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87として改質器82に供給する。改質器82では、充填されたニッケル、ルテニウム等の金属を担持したアルミナ等の金属酸化物からなる改質触媒の働きにより、(化1)式に示した改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることにより、メタン濃度を低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス81が作られる。(化1)式に示したメタンの水蒸気改質反応は吸熱反応であり、反応に必要な反応熱は、改質器バーナ83に固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス15を供給し、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13中の未反応酸素と固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス15中の未反応燃料および未反応水素を燃焼させることによって、改質器バーナ83から改質器82に供給する。改質器バーナ83からは改質器バーナ燃焼排ガス84を放出する。COシフトコンバータ4の排出ガスである一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス71の一部は、CO選択酸化器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス72としてCO選択酸化器5に供給する。   Therefore, a part of the anode discharge gas 42 of the solid oxide fuel cell stack containing unreacted methane is transferred to the reformer 82 as the anode discharge gas 87 of the solid oxide fuel cell stack for the reformer. Supply. In the reformer 82, a solid oxide fuel for the reformer shown in the formula (1) is obtained by the action of a reforming catalyst made of a metal oxide such as alumina carrying a metal such as nickel or ruthenium filled. By performing the steam reforming reaction of methane in the fuel cell exhaust gas 87 of the battery cell stack, the fuel electrode exhaust gas 81 of the solid oxide fuel cell stack having a reduced methane concentration is produced. The steam reforming reaction of methane shown in the chemical formula (1) is an endothermic reaction, and the reaction heat necessary for the reaction is supplied to the reformer burner 83 and the air electrode exhaust gas 13 of the polymer electrolyte fuel cell stack and the solid An anode exhaust gas 15 of the polymer electrolyte fuel cell stack is supplied, unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 13 of the polymer electrolyte fuel cell stack, and an anode exhaust gas of the polymer electrolyte fuel cell stack 15, the unreacted fuel and unreacted hydrogen in 15 are burned, and then supplied from the reformer burner 83 to the reformer 82. From the reformer burner 83, the reformer burner combustion exhaust gas 84 is discharged. A part of the fuel electrode exhaust gas 71 of the solid oxide fuel cell stack in which the concentration of carbon monoxide, which is the exhaust gas of the CO shift converter 4, is reduced to 1% or less is a solid oxide fuel for a CO selective oxidizer The fuel cell stack is supplied to the CO selective oxidizer 5 as the fuel electrode exhaust gas 72.

図10では、改質器82に必要な熱を供給するために、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス15を改質器バーナ83に供給し燃焼させたが、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13、固体酸化物形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス44、および空気14のいずれか一つ以上と、固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス15を改質器バーナ83に供給し、酸素と未反応燃料および未反応水素を燃焼させれば、改質器バーナ83での燃焼のために新たに燃料である天然ガス1を供給することなく、改質器82で改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87中のメタンの水蒸気改質反応を効率的に行わせ、改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87中のメタン濃度を低減させることができる。   In FIG. 10, in order to supply necessary heat to the reformer 82, the cathode discharge gas 13 of the polymer electrolyte fuel cell stack and the anode discharge gas 15 of the polymer electrolyte fuel cell stack are reformed. However, one or more of the air electrode exhaust gas 13 of the polymer electrolyte fuel cell stack, the air electrode exhaust gas 44 of the solid oxide fuel cell stack, and the air 14 are supplied. If the fuel electrode exhaust gas 15 of the polymer electrolyte fuel cell stack is supplied to the reformer burner 83 and oxygen, unreacted fuel and unreacted hydrogen are burned, the combustion of the reformer burner 83 is Therefore, the steam reforming reaction of methane in the anode discharge gas 87 of the solid oxide fuel cell stack for the reformer is efficiently performed by the reformer 82 without supplying the natural gas 1 as the fuel. Let It is possible to reduce the methane concentration in the fuel electrode in the exhaust gas 87 of the dexterity of the solid oxide fuel cell stack.

図10に示した本実施例においても、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、および図9に示した実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実施例5、実施例6、実施例7、実施例8、および実施例9と同様に、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス42中のメタン濃度が上昇しても、改質器82で改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、改質器82での改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス15を改質器バーナ83で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38と固体高分子形燃料電池セルスタック9で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。
[実施例11]
Also in the present embodiment shown in FIG. 10, the first embodiment, the second embodiment, and the second embodiment shown in FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 and 9. Similarly to Example 3, Example 4, Example 5, Example 6, Example 7, Example 8, and Example 9, compared to the conventional example shown in FIG. 16, the solid oxide fuel cell stack Even when the methane concentration in the anode discharge gas 42 of the solid oxide fuel cell stack rises when the operation temperature of 38 is as low as 600 to 800 ° C., the reformer 82 uses the solid oxide for the reformer. Hydrogen is produced by performing a steam reforming reaction of methane in the anode discharge gas 87 of the fuel cell stack, and the reformer 82 uses the solid oxide fuel cell stack for the reformer. The reaction heat required for the steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas 87 is newly generated by fuel. Without using natural gas 1, the air electrode exhaust gas 13 of the polymer electrolyte fuel cell stack and the fuel electrode exhaust gas 15 of the polymer electrolyte fuel cell stack are supplied by burning in the reformer burner 83. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the fuel utilization rate in terms of methane, which indicates the proportion of fuel that is effectively used in the solid oxide fuel cell stack 38 and the polymer electrolyte fuel cell stack 9, and to generate fuel cell power generation. It is possible to suppress a decrease in power generation efficiency of the system.
[Example 11]

図11は、実施例11として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図11において、前述した図16、図1、図2、図3、図4図5、図6、図7、図8、図9、および図10と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。   FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system of the present invention exemplified as Example 11. In FIG. 11, the same parts as those shown in FIGS. 16, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10 are denoted by the same reference numerals. The description of those is omitted.

図11を用いて、実施例11で例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。本実施例の燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図11に示したように、改質器3の代わりに、改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87を供給し、改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87中のメタンの水蒸気改質反応を行わせる改質器バーナ83を有する改質器82を設けた点と、CO選択酸化器5と凝縮器29の代わりに水素分離器57を設けた点が異なる。   The fuel cell power generation system of the present invention exemplified in Example 11 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system of this embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that a solid oxide fuel cell for a reformer is used instead of the reformer 3, as shown in FIG. A reformer having a reformer burner 83 for supplying the fuel cell exhaust gas 87 of the cell stack and causing a steam reforming reaction of methane in the fuel cell exhaust gas 87 of the solid oxide fuel cell stack for the reformer. The difference is that the apparatus 82 is provided and the hydrogen separator 57 is provided instead of the CO selective oxidizer 5 and the condenser 29.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図11を参照して説明する。本実施例では、COシフトコンバータ4で作られた一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス71の一部は、水素分離器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス78として水素分離器57に供給する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a part of the anode exhaust gas 71 of the solid oxide fuel cell stack in which the carbon monoxide concentration produced by the CO shift converter 4 is reduced to 1% or less is used as a solid oxide for a hydrogen separator. It is supplied to the hydrogen separator 57 as the fuel electrode exhaust gas 78 of the physical fuel cell stack.

図11に示した本実施例においても、図1、図2、図3、図4、図5、図6図7、図8、図9、および図10に示した実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実施例5、実施例6、実施例7、実施例8、実施例9、および実施例10と同様に、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の発電温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス42中のメタン濃度が上昇しても、改質器82で改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、改質器82での改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と水素分離器排出ガス58を改質器バーナ83で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38と固体高分子形燃料電池セルスタック9で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。
[実施例12]
Also in the present embodiment shown in FIG. 11, the first embodiment and the second embodiment shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. As in Example 3, Example 4, Example 5, Example 6, Example 7, Example 8, Example 9, and Example 10, compared with the conventional example shown in FIG. When the power generation temperature of the physical fuel cell stack 38 is as low as 600 to 800 ° C., the reformer 82 modifies the methane concentration in the fuel electrode exhaust gas 42 of the solid oxide fuel cell stack. Hydrogen is produced by carrying out a steam reforming reaction of methane in the anode discharge gas 87 of the solid oxide fuel cell stack for the grader, and the solid oxide for the reformer in the reformer 82 Necessary for Steam Reforming Reaction of Methane in Fuel Electrode Exhaust Gas 87 of Fuel Cell Without the use of natural gas 1 is newly fuel, since the supply by the combustion of the air electrode exhaust gas 13 and the hydrogen separator exhaust gas 58 of the solid polymer fuel cell stack reformer burner 83 The reduction in the fuel utilization rate in terms of methane, which indicates the proportion of fuel effectively used in the solid oxide fuel cell stack 38 and the solid polymer fuel cell stack 9, can be suppressed. It is possible to suppress a decrease in power generation efficiency.
[Example 12]

図12は、実施例12として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図12において、前述した図16、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10、および図11と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。   FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system of the present invention exemplified as the twelfth embodiment. 12, the same components as those in FIGS. 16, 1, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, and 11 described above are denoted by the same reference numerals. The description of these items is omitted.

図12を用いて、実施例12で例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。本実施例による燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図12に示したように、改質器3の代わりに、改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87を供給し、改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87中のメタンの水蒸気改質反応を行わせる改質器バーナ83を有する改質器82を設けた点と、CO選択酸化器5と凝縮器29が不要で、燃料極6、固体高分子電解質7、および空気極8からなる単セルより構成される固体高分子形燃料電池セルスタック9の代わりに、燃料極64、りん酸電解質65、空気極66からなる単セルより構成されるりん酸形燃料電池セルスタック67を設けた点が異なる。   The fuel cell power generation system of the present invention illustrated in Example 12 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system according to this embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that a solid oxide fuel cell for a reformer is used instead of the reformer 3 as shown in FIG. A reformer having a reformer burner 83 for supplying the fuel cell exhaust gas 87 of the cell stack and causing a steam reforming reaction of methane in the fuel cell exhaust gas 87 of the solid oxide fuel cell stack for the reformer. A solid polymer fuel cell comprising a single cell comprising a fuel electrode 6, a solid polymer electrolyte 7, and an air electrode 8. Instead of the stack 9, a phosphoric acid fuel cell stack 67 composed of a single cell comprising a fuel electrode 64, a phosphoric acid electrolyte 65, and an air electrode 66 is provided.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図12を参照して説明する。本実施例では、COシフトコンバータ4で作られた一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス71の一部を、りん酸形燃料電池セルスタック用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス79として、りん酸形燃料電池セルスタック67の燃料極に供給し、りん酸形燃料電池セルスタック67の発電を行う。改質器82を700℃以上に設定し吸熱反応であるメタンの水蒸気改質反応を行わせるために、りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス69とりん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス70を改質器バーナ83に供給し、りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス69中の未反応酸素とりん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス70中の未反応燃料および未反応水素を燃焼させることによって、改質器バーナ83から改質器82に必要な熱を供給する。改質器バ一ナ83からは改質器バーナ燃焼排出ガス56を放出する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a part of the anode discharge gas 71 of the solid oxide fuel cell stack produced by the CO shift converter 4 and having the carbon monoxide concentration reduced to 1% or less is used as a phosphoric acid fuel cell. As the fuel electrode exhaust gas 79 of the solid oxide fuel cell stack for the stack, it is supplied to the fuel electrode of the phosphoric acid fuel cell stack 67 and the phosphoric acid fuel cell stack 67 generates power. In order to perform the steam reforming reaction of methane, which is an endothermic reaction, by setting the reformer 82 at 700 ° C. or higher, the cathode exhaust gas 69 of the phosphoric acid fuel cell stack and the fuel of the phosphoric acid fuel cell stack The electrode exhaust gas 70 is supplied to the reformer burner 83, and unreacted oxygen in the air electrode exhaust gas 69 of the phosphoric acid fuel cell stack and unreacted in the fuel electrode exhaust gas 70 of the phosphoric acid fuel cell stack. The required heat is supplied from the reformer burner 83 to the reformer 82 by burning the fuel and unreacted hydrogen. From the reformer burner 83, the reformer burner combustion exhaust gas 56 is discharged.

なお、図12では、改質器82に必要な熱を供給するために、りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス69とりん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス70を改質器バーナ83に供給し燃焼させたが、りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス69、固体酸化物形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス44、および空気14のいずれか一つ以上と、りん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス70を改質器バーナ83に供給し、酸素と未反応燃料および未反応水素を燃焼させれば、改質器バーナ83での燃焼のために新たに燃料である天然ガス1を供給することなく、改質器82で改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87中のメタンの水蒸気改質反応を効率的に行わせ、改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87中のメタン濃度を低減させることができる。   In FIG. 12, in order to supply necessary heat to the reformer 82, the cathode exhaust gas 69 of the phosphoric acid fuel cell stack and the anode exhaust gas 70 of the phosphoric fuel cell stack are reformed. Supplied to the burner 83 and burned, but one or more of the cathode exhaust gas 69 of the phosphoric acid fuel cell stack, the cathode exhaust gas 44 of the solid oxide fuel cell stack, and the air 14 When the anode discharge gas 70 of the phosphoric acid fuel cell stack is supplied to the reformer burner 83 and oxygen, unreacted fuel, and unreacted hydrogen are burned, the reformer burner 83 burns. Without supplying new natural gas 1 as fuel, the reformer 82 efficiently performs the steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas 87 of the solid oxide fuel cell stack for the reformer. For the reformer It is possible to reduce the methane concentration in the fuel electrode exhaust gas 87 of oxide fuel cell stack.

図12に示した本実施例においても、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10、および図11に示した実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実施例5、実施例6、実施例7、実施例8、実施例9、実施例10、および実施例11と同様に、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス42中のメタン濃度が上昇しても、改質器82で改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、改質器82での改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス87中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス69と、りん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス70を改質器バーナ83で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38とりん酸形燃料電池セルスタック67で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。
[実施例13]
Also in this embodiment shown in FIG. 12, the first embodiment shown in FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, and 11 is used. Example 2, Example 3, Example 4, Example 5, Example 6, Example 7, Example 8, Example 9, Example 10, Example 11, and Example 11 are shown in FIG. Compared to the conventional example, when the operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is as low as 600 to 800 ° C., the methane concentration in the anode discharge gas 42 of the solid oxide fuel cell stack increases. Also, hydrogen is produced by causing the reformer 82 to perform a steam reforming reaction of methane in the anode discharge gas 87 of the solid oxide fuel cell stack for the reformer. Of methane in anode exhaust gas 87 of solid oxide fuel cell stack for reformer The reaction heat required for the reforming reaction does not use the natural gas 1 as a new fuel, but the cathode exhaust gas 69 of the phosphoric acid fuel cell stack and the anode exhaust gas of the phosphoric acid fuel cell stack. 70 is supplied by burning it with the reformer burner 83, so that the fuel utilization rate in terms of methane, which indicates the proportion of fuel that is effectively used in the solid oxide fuel cell stack 38 and the phosphoric acid fuel cell stack 67, is shown. The decrease in power generation efficiency of the fuel cell power generation system can be suppressed.
[Example 13]

図13は、実施例13として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図13において、前述した図16、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10、図11、および図12と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。図13において、90は水素リッチな改質ガス22の第二の改質器への供給量を制御する流量制御弁である。   FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system of the present invention exemplified as the thirteenth embodiment. In FIG. 13, the same thing as FIG.16, FIG.1, FIG.2, FIG.3, FIG.4, FIG.5, FIG.6, FIG.7, FIG.8, FIG.9, FIG. The same reference numerals are used, and the description of these components is omitted. In FIG. 13, 90 is a flow rate control valve for controlling the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the second reformer.

図13を用いて、実施例13で例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。本実施例の燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図13に示したように、改質器3の代わりに第一の改質器52と第二の改質器53という二つの改質器を設け、さらに第二の改質器53には改質器バーナ54を設けた点が異なる。   The fuel cell power generation system of the present invention exemplified in Example 13 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system of this embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that a first reformer 52 and a second reformer 3 are used instead of the reformer 3 as shown in FIG. The difference is that two reformers, the reformer 53, are provided, and the second reformer 53 is provided with a reformer burner 54.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図13を参照して説明する。本実施例では、第一の改質器52で作られた水素リッチな改質ガス22の一部は第二の改質器53に供給し、残りは固体酸化物形燃料電池セルスタック38の燃料極35に供給する。第二の改質器53への水素リッチな改質ガス22の供給量は、あらかじめ設定された燃料電池直流出力18の直流電流と流量制御弁90の開度(すなわち、第二の改質器55への水素リッチな改質ガス22の供給量)の関係に基づいて、流量制御弁90の開度を制御することによって、燃料電池直流出力18の直流電流に見合った値に設定する。第二の改質器53の排出ガスであるメタン濃度を低下させた改質ガス55はすべてCOシフトコンバータ4に供給する。COシフトコンバータ4で作られた一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた改質ガス21の一部は、CO選択酸化器用改質ガス34としてCO選択酸化器5に供給する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a part of the hydrogen-rich reformed gas 22 produced by the first reformer 52 is supplied to the second reformer 53, and the rest of the solid oxide fuel cell stack 38. Supply to the fuel electrode 35. The supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to the second reformer 53 is determined based on the preset DC current of the fuel cell DC output 18 and the opening degree of the flow control valve 90 (that is, the second reformer Based on the relationship of the supply amount of the hydrogen-rich reformed gas 22 to 55), the opening degree of the flow control valve 90 is controlled to set a value commensurate with the direct current of the fuel cell direct current output 18. All the reformed gas 55 having a reduced methane concentration, which is the exhaust gas of the second reformer 53, is supplied to the CO shift converter 4. A part of the reformed gas 21 produced by the CO shift converter 4 and having the carbon monoxide concentration reduced to 1% or less is supplied to the CO selective oxidizer 5 as the reformed gas 34 for the CO selective oxidizer.

図13に示した本実施例においても、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10、図11、および図12に示した実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実施例5、実施例6、実施例7、実施例8、実施例9、実施例10、実施例11、および実施例12と同様に、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物燃料電池セルスタック38から第一の改質器52に供給される排熱の温度が低いために第一の改質器52の温度が700℃以下に低下して水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度が上昇しても、第二の改質器53で水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、第二の改質器53での水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス15を改質器バーナ54で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38と固体高分子形燃料電池セルスタック9で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。
[実施例14]
Also in this embodiment shown in FIG. 13, it is shown in FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, and 12. Same as Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Example 5, Example 6, Example 7, Example 8, Example 9, Example 10, Example 11, and Example 12 In addition, when the operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is as low as 600 to 800 ° C. as compared with the conventional example shown in FIG. Even if the temperature of the first reformer 52 decreases to 700 ° C. or lower due to the low temperature of the exhaust heat supplied to the gas 52, the methane concentration in the hydrogen-rich reformed gas 22 increases. Hydrogen is produced by causing the reformer 53 to perform a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas 22, and The reaction heat required for the steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas 22 in the second reformer 53 does not use the natural gas 1 that is a new fuel, and the polymer electrolyte fuel cell Since the cell electrode air exhaust gas 13 and the polymer electrolyte fuel cell stack fuel anode exhaust gas 15 are supplied by combustion in the reformer burner 54, the solid oxide fuel cell stack 38 and the solid high fuel cell stack 38 It is possible to suppress a decrease in the fuel utilization rate in terms of methane, which indicates the proportion of fuel that is effectively used in the molecular fuel cell stack 9, and it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency of the fuel cell power generation system.
[Example 14]

図14は、実施例14として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図14において、前述した図16、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10、図11、図12、および図13と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。   FIG. 14 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system of the present invention exemplified as the fourteenth embodiment. 14 is the same as FIGS. 16, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 7, 8, 9, 10, 11, 12, and 13 described above. Are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図14を用いて、実施例14で例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。本実施例の燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図14に示したように、改質器3の代わりに第一の改質器52と第二の改質器53という二つの改質器を設け、さらに第二の改質器53には改質器バーナ54を設けた点と、CO選択酸化器5と凝縮器29の代わりに水素分離器57を設けた点が異なる。   The fuel cell power generation system of the present invention illustrated in Example 14 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system of this embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that a first reformer 52 and a second reformer are used instead of the reformer 3 as shown in FIG. The reformer 53 is provided with two reformers, the second reformer 53 is provided with a reformer burner 54, and a hydrogen separator 57 instead of the CO selective oxidizer 5 and the condenser 29. Is different.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図14を参照して説明する。本実施例では、COシフトコンバータ4で作られた一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた改質ガス21の一部は、水素分離器用改質ガス63として水素分離器57に供給する。   Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a part of the reformed gas 21 produced by the CO shift converter 4 and having the carbon monoxide concentration reduced to 1% or less is supplied to the hydrogen separator 57 as the reformed gas 63 for the hydrogen separator.

図14に示した本実施例においても、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10、図11、図12、および図13に示した実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実施例5、実施例6、実施例7、実施例8、実施例9、実施例10、実施例11、実施例12、および実施例13と同様に、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物燃料電池セルスタック38から第一の改質器52に供給される排熱の温度が低いために第一の改質器52の温度が700℃以下に低下して水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度が上昇しても、第二の改質器53で水素リッチな改質ガス22中の未反応メタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、第二の改質器53での水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス13と水素分離器排出ガス58を改質器バーナ54で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38と固体高分子形燃料電池セルスタック9で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。
[実施例15]
Also in this embodiment shown in FIG. 14, FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, and 13 are used. Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Example 5, Example 6, Example 7, Example 8, Example 9, Example 10, Example 11, Example 12 shown in FIG. Similarly to Example 13, when the operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is as low as 600 to 800 ° C. as compared to the conventional example shown in FIG. 16, the solid oxide fuel cell stack 38 Since the temperature of the exhaust heat supplied to the first reformer 52 is low, the temperature of the first reformer 52 is lowered to 700 ° C. or lower, and the methane concentration in the hydrogen-rich reformed gas 22 is increased. Even so, the second reformer 53 performs the steam reforming reaction of unreacted methane in the hydrogen-rich reformed gas 22. Thus, hydrogen is produced, and the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas 22 in the second reformer 53 is to use the natural gas 1 that is a new fuel. In addition, the air electrode exhaust gas 13 and the hydrogen separator exhaust gas 58 of the polymer electrolyte fuel cell stack are supplied by being burned by the reformer burner 54, so that the solid oxide fuel cell stack 38 and the solid It is possible to suppress a decrease in the fuel utilization rate in terms of methane, which indicates the proportion of fuel that is effectively used in the molecular fuel cell stack 9, and it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency of the fuel cell power generation system.
[Example 15]

図15は、実施例15として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図である。図15において、前述した図16、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10、図11、図12、図13、および図14と同一のものは同一符号で表し、これらのものについてはその説明を省略する。   FIG. 15 is a diagram showing the configuration of the fuel cell power generation system of the present invention exemplified as the fifteenth embodiment. 15, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 5, FIG. The same parts as those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and explanations thereof are omitted.

図15を用いて、実施例15で例示した本発明の燃料電池発電システムについて説明する。本実施例の燃料電池発電システムは、図16に示した従来の燃料電池発電システムとは、図15に示したように、改質器3の代わりに第一の改質器52と第二の改質器53という二つの改質器を設け、さらに第二の改質器53には改質器バーナ54を設けた点と、CO選択酸化器5と凝縮器29が不要で、燃料極6、固体高分子電解質7、および空気極8からなる単セルより構成される固体高分子形燃料電池セルスタック9の代わりに、燃料極64、りん酸電解質65、空気極66からなる単セルより構成されるりん酸形燃料電池セルスタック67を設けた点が異なる。   The fuel cell power generation system of the present invention illustrated in Example 15 will be described with reference to FIG. The fuel cell power generation system of this embodiment is different from the conventional fuel cell power generation system shown in FIG. 16 in that the first reformer 52 and the second reformer 3 are used instead of the reformer 3 as shown in FIG. The reformer 53 is provided with two reformers, the second reformer 53 is provided with a reformer burner 54, the CO selective oxidizer 5 and the condenser 29 are unnecessary, and the fuel electrode 6 Instead of the solid polymer fuel cell stack 9 composed of a single cell composed of the solid polymer electrolyte 7 and the air electrode 8, it is composed of a single cell composed of the fuel electrode 64, the phosphate electrolyte 65 and the air electrode 66. The difference is that a phosphoric acid fuel cell stack 67 is provided.

次に、本実施例の燃料電池発電システムの作用について、図15を参照して説明する。本実施例では、COシフトコンバータで作られた一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた改質ガス21の一部は、りん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス68としてりん酸形燃料電池セルスタック67の燃料極64に供給し、りん酸形燃料電池セルスタック67の発電を行う。   Next, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a part of the reformed gas 21 produced by the CO shift converter and having the carbon monoxide concentration reduced to 1% or less is used as the phosphoric acid fuel cell reforming gas 68 for the phosphoric acid fuel cell stack. This is supplied to the fuel electrode 64 of the battery cell stack 67 and the phosphoric acid fuel cell stack 67 is generated.

図15に示した本実施例においても、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10、図11、図12、図13、および図14に示した実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実施例5、実施例6、実施例7、実施例8、実施例9、実施例10、実施例11、実施例12、実施例13、および実施例14と同様に、図16に示した従来例と比べて、固体酸化物形燃料電池セルスタック38の作動温度が600〜800℃と低い場合に、固体酸化物燃料電池セルスタック38から第一の改質器52に供給される排熱の温度が低いために第一の改質器52の温度が700℃以下に低下して水素リッチな改質ガス22中のメタン濃度が上昇しても、第二の改質器53で水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応を行わせることによって水素が作られ、また、第二の改質器53での水素リッチな改質ガス22中のメタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、新たに燃料である天然ガス1を用いることなく、りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス69と、りん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス70を改質器バーナ54で燃焼させることによって供給するので、固体酸化物形燃料電池セルスタック38とりん酸形燃料電池セルスタック67で有効利用される燃料の割合を示すメタン換算の燃料利用率の低下を抑制することができ、燃料電池発電システムの発電効率の低下を抑えることが可能である。   Also in this embodiment shown in FIG. 15, FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 12, 13, And Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, Example 5, Example 6, Example 7, Example 8, Example 9, Example 10, Example 10, and Example 11 shown in FIG. Similarly to Example 12, Example 13, and Example 14, when the operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 38 is as low as 600 to 800 ° C. as compared with the conventional example shown in FIG. Since the temperature of the exhaust heat supplied from the oxide fuel cell stack 38 to the first reformer 52 is low, the temperature of the first reformer 52 is lowered to 700 ° C. or lower and the hydrogen-rich reformed gas The steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas 22 in the second reformer 53 even if the methane concentration in the reactor 22 increases. Hydrogen is produced by carrying out the reaction, and the reaction heat necessary for the steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas 22 in the second reformer 53 is newly produced as natural gas 1 as fuel. Without being used, the cathode exhaust gas 69 of the phosphoric acid fuel cell stack and the anode exhaust gas 70 of the phosphoric acid fuel cell stack are supplied by burning in the reformer burner 54, so that solid oxidation It is possible to suppress a decrease in the fuel utilization rate in terms of methane, which indicates the proportion of fuel that is effectively used in the physical fuel cell stack 38 and the phosphoric acid fuel cell stack 67, and to reduce the power generation efficiency of the fuel cell power generation system. Can be suppressed.

実施例1として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。1 is a diagram illustrating a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as Example 1. FIG. 実施例2として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as a second embodiment. 実施例3として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as a third embodiment. 実施例4として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as a fourth embodiment. 実施例5として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as a fifth embodiment. 実施例6として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as a sixth embodiment. 実施例7として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as a seventh embodiment. 実施例8として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as an eighth embodiment. 実施例9として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as a ninth embodiment. 実施例10として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as Example 10; 実施例11として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as Example 11; 実施例12として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as Example 12; 実施例13として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。FIG. 16 shows a configuration of a fuel cell power generation system of the present invention exemplified as Example 13; 実施例14として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system of this invention illustrated as Example 14. FIG. 実施例15として例示した本発明の燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell power generation system of this invention illustrated as Example 15. FIG. 従来の燃料電池発電システムの構成を示す図。The figure which shows the structure of the conventional fuel cell power generation system.

符号の説明Explanation of symbols

1 天然ガス 2 脱硫器
3 改質器 4 COシフトコンバータ
5 CO選択酸化器 6 燃料極
7 固体高分子電解質 8 空気極
9 固体高分子形燃料電池セルスタック
10 流量制御弁 11 流量制御弁
12 空気供給用ブロワ
13 固体高分子形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス
14 空気
15 固体高分子形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
16 出力調整装置 17 負荷
18 燃料電池直流出力 19 送電端交流出力
20 一酸化炭素濃度をppmオーダーに低減させた改質ガス
21 一酸化炭素濃度を1%以下に低減させた改質ガス
22 水素リッチな改質ガス
23 水蒸気と脱硫天然ガスの混合ガス
24 脱硫天然ガス
25 固体高分子形燃料電池セルスタックの発電用空気
26 CO選択酸化器用空気 27 流量制御弁
28 未反応水蒸気を凝縮させた改質ガス
29 凝縮器 30 電池反応による生成水
31 凝縮水 32 脱硫器リサイクル用改質ガス
33 流量制御弁 34 CO選択酸化器用改質ガス
35 燃料極 36 固体酸化物電解質
37 空気極 38 固体酸化物形燃料電池セルスタック
39 固体酸化物形燃料電池セルスタックの発電用空気
40 流量制御弁
41 改質器リサイクル用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
42 固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
43 流量制御弁
44 固体酸化物形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス
45 排出用固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
46 流量制御弁 47 流量制御弁
48 出力調整装置 49 負荷
50 燃料電池直流出力 51 送電端交流出力
52 第一の改質器 53 第二の改質器
54 改質器バーナ 55 メタン濃度を低減させた改質ガス
56 改質器バーナ燃焼排出ガス 57 水素分離器
58 水素分離器排出ガス 59 水素
60 未反応水素 61 パージ弁
62 パージガス 63 水素分離器用改質ガス
64 燃料極 65 りん酸電解質
66 空気極 67 りん酸形燃料電池セルスタック
68 りん酸形燃料電池セルスタック用改質ガス
69 りん酸形燃料電池セルスタックの空気極排出ガス
70 りん酸形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
71 ー酸化炭素濃度を1%以下に低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
72 CO選択酸化器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
73 一酸化炭素濃度をppmオーダーに低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
74 未反応水蒸気を凝縮させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
75 脱硫器リサイクル用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
76 流量制御弁
77 COシフトコンバータ用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
78 水素分離器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
79 りん酸形燃料電池セルスタック用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
80 第二の改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
81 メタン濃度を低減させた固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
82 改質器 83 改質器バーナ
84 改質器バーナ燃焼排出ガス
85 りん酸形燃料電池セルスタックの発電用空気
86 流量制御弁
87 改質器用の固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料極排出ガス
88 流量制御弁 89 流量制御弁
90 流量制御弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Natural gas 2 Desulfurizer 3 Reformer 4 CO shift converter 5 CO selective oxidizer 6 Fuel electrode 7 Solid polymer electrolyte 8 Air electrode 9 Polymer electrolyte fuel cell stack 10 Flow control valve 11 Flow control valve 12 Air supply Blower 13 Air electrode exhaust gas 14 of polymer electrolyte fuel cell stack 14 Air 15 Fuel electrode exhaust gas 16 of polymer electrolyte fuel cell stack 16 Output adjustment device 17 Load 18 Fuel cell DC output 19 Transmission end AC output 20 Reformed gas 21 with carbon oxide concentration reduced to the order of ppm Reformed gas 22 with carbon monoxide concentration reduced to 1% or less Hydrogen-rich reformed gas 23 Mixed gas of steam and desulfurized natural gas 24 Desulfurized natural gas 25 Air for power generation of polymer electrolyte fuel cell stack 26 Air for CO selective oxidizer 27 Flow control valve 28 Condensation of unreacted water vapor Reformed gas 29 Condenser 30 Water produced by battery reaction 31 Condensed water 32 Reformed gas for desulfurizer recycling 33 Flow control valve 34 Reformed gas for CO selective oxidizer 35 Fuel electrode 36 Solid oxide electrolyte 37 Air electrode 38 Solid oxide Fuel cell stack 39 Power generation air of solid oxide fuel cell stack 40 Flow rate control valve 41 Fuel electrode exhaust gas of solid oxide fuel cell stack for reformer recycling Solid oxide fuel cell stack Fuel electrode exhaust gas 43 Flow control valve 44 Air electrode exhaust gas 45 of solid oxide fuel cell stack Fuel electrode exhaust gas 46 of solid oxide fuel cell stack for discharge 46 Flow control valve 47 Flow control valve 48 Output adjustment Device 49 Load 50 Fuel cell DC output 51 Transmission end AC output 52 First reformer 53 Second reformer 54 Reformer bar -55 55 Reformed gas with reduced methane concentration 56 Reformer burner combustion exhaust gas 57 Hydrogen separator 58 Hydrogen separator exhaust gas 59 Hydrogen 60 Unreacted hydrogen 61 Purge valve 62 Purge gas 63 Reformed gas for hydrogen separator 64 Fuel Electrode 65 Phosphate electrolyte 66 Air electrode 67 Phosphoric acid fuel cell stack 68 Reformed gas 69 for phosphoric acid fuel cell stack Air cathode exhaust gas 70 of phosphoric acid fuel cell stack of phosphoric acid fuel cell stack Fuel electrode exhaust gas 71-Fuel electrode exhaust gas 72 of a solid oxide fuel cell stack whose carbon oxide concentration is reduced to 1% or less 72 Fuel electrode exhaust gas 73 of a solid oxide fuel cell stack for a CO selective oxidizer Fuel electrode exhaust gas 74 of solid oxide fuel cell stack with reduced carbon monoxide concentration on the order of ppm 74 Unreacted water vapor Condensed solid oxide fuel cell stack anode discharge gas 75 Desulfurizer solid oxide fuel cell stack anode discharge gas 76 Flow control valve 77 Solid oxide fuel for CO shift converter Battery cell stack anode discharge 78 Solid oxide fuel cell stack anode discharge gas 79 for hydrogen separator Solid oxide fuel cell stack anode discharge 80 for phosphoric acid fuel cell stack Fuel electrode exhaust gas 81 of solid oxide fuel cell stack for second reformer Fuel electrode exhaust gas 82 of solid oxide fuel cell stack with reduced methane concentration 82 Reformer 83 Reformer burner 84 Reformer burner combustion exhaust gas 85 Phosphoric acid fuel cell stack power generation air 86 Flow control valve 87 Solid oxide fuel cell for reformer Pond cell stack fuel electrode exhaust gas 88 Flow control valve 89 Flow control valve 90 Flow control valve

Claims (17)

燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するCO選択酸化器と、
前記CO選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
Performing power generation by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen in hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer , First fuel for supplying exhaust heat generated along with power generation to the first reformer and supplying fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the first reformer A battery cell stack;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration discharged from the first reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen to convert it into carbon dioxide;
A fuel cell power generation system comprising: a second fuel cell stack that generates power by electrochemically reacting hydrogen in exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen.
燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の一酸化炭秦を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
Performing power generation by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen in hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer , First fuel for supplying exhaust heat generated along with power generation to the first reformer and supplying fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the first reformer A battery cell stack;
A CO shift converter that converts carbon dioxide and hydrogen by reacting carbon monoxide in the hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the first reformer with steam;
A hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
A fuel cell power generation system comprising: a second fuel cell stack that generates power by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen.
燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen produced by a steam reforming reaction of fuel,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
Performing power generation by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen in hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer , First fuel for supplying exhaust heat generated along with power generation to the first reformer and supplying fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the first reformer A battery cell stack;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration discharged from the first reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
A fuel cell power generation system comprising: a second fuel cell stack for generating power by electrochemically reacting hydrogen in exhaust gas of the CO shift converter with oxygen.
燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するCO選択酸化器と、
前記CO選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen produced by a steam reforming reaction of fuel,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
Performing power generation by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen in hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer , First fuel for supplying exhaust heat generated along with power generation to the first reformer and supplying fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the first reformer A battery cell stack;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen to convert it into carbon dioxide;
A fuel cell power generation system comprising: a second fuel cell stack that generates power by electrochemically reacting hydrogen in exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen.
燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen produced by a steam reforming reaction of fuel,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
Performing power generation by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen in hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer , First fuel for supplying exhaust heat generated along with power generation to the first reformer and supplying fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the first reformer A battery cell stack;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
A fuel cell power generation system comprising: a second fuel cell stack that generates power by electrochemically reacting the hydrogen and oxygen separated by the hydrogen separator .
燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
Performing power generation by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen in hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer , First fuel for supplying exhaust heat generated along with power generation to the first reformer and supplying fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated during power generation to the first reformer A battery cell stack;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A fuel cell power generation system comprising: a second fuel cell stack for generating power by electrochemically reacting hydrogen in exhaust gas of the CO shift converter with oxygen.
燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた燃料極排出ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するCO選択酸化器と、
前記CO選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
を有し、
前記改質器バーナは、前記第二の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスおよび燃料極排出ガスを燃焼させるものであることを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen produced by a steam reforming reaction of fuel,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
The hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer generates power by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and is generated along with the power generation. A first fuel cell stack for supplying exhaust heat to the first reformer and supplying an anode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the first reformer;
A second reformer provided with a reformer burner for producing a fuel electrode exhaust gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen to convert it into carbon dioxide;
A second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen;
I have a,
The reformer burner, fuel cell power generation system characterized der Rukoto those combusting said second fuel cell stack cathode exhaust gas and the fuel electrode exhaust gas.
燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた燃料極排出ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
を有し、
前記改質器バーナは、前記第二の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスと前記水素分離器の排出ガスの一部を燃焼させるものであることを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen produced by a steam reforming reaction of fuel,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
The hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer generates power by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and is generated along with the power generation. A first fuel cell stack for supplying exhaust heat to the first reformer and supplying an anode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the first reformer;
A second reformer provided with a reformer burner for producing a fuel electrode exhaust gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen;
I have a,
The reformer burner, fuel cell power generation system characterized der Rukoto those burning a portion of the second fuel cell the air electrode exhaust gas in the cell stack hydrogen separator exhaust gas.
燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた燃料極排出ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
を有し、
前記改質器バーナは、前記第二の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスおよび燃料極排出ガスを燃焼させるものであることを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen produced by a steam reforming reaction of fuel,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
The hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer generates power by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and is generated along with the power generation. A first fuel cell stack for supplying exhaust heat to the first reformer and supplying an anode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the first reformer;
A second reformer provided with a reformer burner for producing a fuel electrode exhaust gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen;
I have a,
The reformer burner, fuel cell power generation system characterized der Rukoto those combusting said second fuel cell stack cathode exhaust gas and the fuel electrode exhaust gas.
燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
燃料極で前記燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素を生成させると共に、前記水素、もしくは前記水素および前記一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した熱を前記燃料極での前記燃料の水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記燃料極に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた燃料極排出ガスを作る改質器バーナを設けた改質器と、
前記改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するCO選択酸化器と、
前記CO選択酸化器の排出ガス中の水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
を有し、
前記改質器バーナは、前記第二の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスおよび燃料極排出ガスを燃焼させるものであることを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen produced by a steam reforming reaction of fuel,
At the fuel electrode, hydrogen and carbon monoxide are generated by a steam reforming reaction of the fuel, and power is generated by electrochemically reacting the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and the fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation is supplied to the fuel electrode. A first fuel cell stack;
A reformer provided with a reformer burner for producing a fuel electrode exhaust gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas with reduced methane concentration discharged from the reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen to convert it into carbon dioxide;
A second fuel cell stack that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen in the exhaust gas of the CO selective oxidizer;
I have a,
The reformer burner, fuel cell power generation system characterized der Rukoto those combusting said second fuel cell stack cathode exhaust gas and the fuel electrode exhaust gas.
燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
燃料極で前記燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素を生成させると共に、前記水素、もしくは前記水素および前記一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した熱を前記燃料極での前記燃料の水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記燃料極に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた燃料極排出ガスを作る改質器バーナを設けた改質器と、
前記改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた燃料極排出ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
を有し、
前記改質器バーナは、前記第二の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスと前記水素分離器の排出ガスの一部を燃焼させるものであることを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen produced by a steam reforming reaction of fuel,
At the fuel electrode, hydrogen and carbon monoxide are generated by a steam reforming reaction of the fuel, and power is generated by electrochemically reacting the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and the fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation is supplied to the fuel electrode. A first fuel cell stack;
A reformer provided with a reformer burner for producing a fuel electrode exhaust gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas with reduced methane concentration discharged from the reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen;
I have a,
The reformer burner, fuel cell power generation system characterized der Rukoto those burning a portion of the second fuel cell the air electrode exhaust gas in the cell stack hydrogen separator exhaust gas.
燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
燃料極で前記燃料の水蒸気改質反応によって水素と一酸化炭素を生成させると共に、前記水素、もしくは前記水素および前記一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した熱を前記燃料極での前記燃料の水蒸気改質反応に必要な反応熱として消費し、また、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記燃料極に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記燃料極排出ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた燃料極排出ガスを作る改質器バーナを設けた改質器と、
前記改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた燃料極排ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、
を有し、
前記改質器バーナは、前記第二の燃料電池セルスタックの空気極排出ガスおよび燃料極排出ガスを燃焼させるものであることを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen produced by a steam reforming reaction of fuel,
At the fuel electrode, hydrogen and carbon monoxide are generated by a steam reforming reaction of the fuel, and power is generated by electrochemically reacting the hydrogen or the hydrogen and the carbon monoxide with oxygen. The generated heat is consumed as reaction heat necessary for the steam reforming reaction of the fuel at the fuel electrode, and the fuel electrode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation is supplied to the fuel electrode. A first fuel cell stack;
A reformer provided with a reformer burner for producing a fuel electrode exhaust gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the fuel electrode exhaust gas;
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the fuel electrode exhaust gas having a reduced methane concentration discharged from the reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with water vapor;
A second fuel cell stack for generating electricity by electrochemically reacting hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen;
I have a,
The reformer burner, fuel cell power generation system characterized der Rukoto those combusting said second fuel cell stack cathode exhaust gas and the fuel electrode exhaust gas.
燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって、二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の一酸化炭素を酸素で酸化し二酸化炭素に変換するCO選択酸化器と、
前記CO選択酸化器の排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
The hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer generates power by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and is generated along with the power generation. A first fuel cell stack for supplying exhaust heat to the first reformer and supplying an anode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the first reformer;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the hydrogen-rich reformed gas with a reduced methane concentration discharged from the second reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
A CO selective oxidizer that oxidizes carbon monoxide in the exhaust gas of the CO shift converter with oxygen to convert it into carbon dioxide;
A fuel cell power generation system comprising: a second fuel cell stack that generates power by electrochemically reacting hydrogen in exhaust gas of the CO selective oxidizer with oxygen.
燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を選択的に分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離した前記水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates power by electrochemically reacting hydrogen generated by a steam reforming reaction of fuel with oxygen,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
The hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer generates power by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and is generated along with the power generation. A first fuel cell stack for supplying exhaust heat to the first reformer and supplying an anode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the first reformer;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
A hydrogen separator for selectively separating hydrogen in the exhaust gas of the CO shift converter;
A fuel cell power generation system comprising: a second fuel cell stack that generates power by electrochemically reacting the hydrogen separated by the hydrogen separator with oxygen.
燃料の水蒸気改質反応によって生成する水素と酸素を電気化学的に反応させることによって発電を行う燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料の水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを作る第一の改質器と、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中の水素、もしくは水素および一酸化炭素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行い、前記発電に伴って発生した排熱を前記第一の改質器に供給すると共に、前記発電に伴って生成した水蒸気を含む燃料極排出ガスを前記第一の改質器に供給する第一の燃料電池セルスタックと、
前記第一の改質器から排出される前記水素リッチな改質ガス中のメタンの水蒸気改質反応によってメタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガスを作る改質器バーナを設けた第二の改質器と、
前記第二の改質器から排出される前記メタン濃度を低減させた水素リッチな改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させることによって二酸化炭素と水素に変換するCOシフトコンバータと、
前記COシフトコンバータの排出ガス中の水素を酸素と電気化学的に反応させることによって発電を行う第二の燃料電池セルスタックと、を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
In a fuel cell power generation system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen produced by a steam reforming reaction of fuel,
A first reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by a steam reforming reaction of the fuel;
The hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer generates power by electrochemically reacting hydrogen or hydrogen and carbon monoxide with oxygen, and is generated along with the power generation. A first fuel cell stack for supplying exhaust heat to the first reformer and supplying an anode exhaust gas containing water vapor generated with the power generation to the first reformer;
A second reformer burner for producing a hydrogen-rich reformed gas having a reduced methane concentration by a steam reforming reaction of methane in the hydrogen-rich reformed gas discharged from the first reformer; A reformer of
A CO shift converter that converts carbon monoxide in the hydrogen-rich reformed gas with reduced methane concentration discharged from the second reformer into carbon dioxide and hydrogen by reacting with steam;
A fuel cell power generation system comprising: a second fuel cell stack for generating power by electrochemically reacting hydrogen in exhaust gas of the CO shift converter with oxygen.
請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記第一の燃料電池セルスタックが固体酸化物形燃料電池セルスタックからなり、前記第二の燃料電池セルスタックが固体高分子形燃料電池セルスタックからなることを特徴とする燃料電池発電システム。   The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 15, wherein the first fuel cell stack is a solid oxide fuel cell stack, and the second fuel cell stack is A fuel cell power generation system comprising a polymer electrolyte fuel cell stack. 請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記第一の燃料電池セルスタックが固体酸化物形燃料電池セルスタックからなり、前記第二の燃料電池セルスタックがりん酸形燃料電池セルスタックであることを特徴とする燃料電池発電システム。   The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 15, wherein the first fuel cell stack is a solid oxide fuel cell stack, and the second fuel cell stack is A fuel cell power generation system comprising a phosphoric acid fuel cell stack.
JP2003300294A 2003-08-25 2003-08-25 Fuel cell power generation system Expired - Fee Related JP4467929B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003300294A JP4467929B2 (en) 2003-08-25 2003-08-25 Fuel cell power generation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003300294A JP4467929B2 (en) 2003-08-25 2003-08-25 Fuel cell power generation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005071813A JP2005071813A (en) 2005-03-17
JP4467929B2 true JP4467929B2 (en) 2010-05-26

Family

ID=34405268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003300294A Expired - Fee Related JP4467929B2 (en) 2003-08-25 2003-08-25 Fuel cell power generation system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4467929B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5134309B2 (en) * 2007-08-20 2013-01-30 日本電信電話株式会社 Fuel cell power generator and control method thereof
CN110710040B (en) * 2017-01-31 2023-07-18 国际壳牌研究有限公司 Method and system for producing hydrogen, electricity and co-production
JP6470778B2 (en) * 2017-02-21 2019-02-13 東京瓦斯株式会社 Fuel cell system and power generation method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005071813A (en) 2005-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1420472B1 (en) Method of controlling a fuel cell power generating system with two fuel cells of different types
JP6397502B2 (en) Reformer / electrolyzer / refiner (REP) assembly for hydrogen production, system incorporating the assembly, and hydrogen production method
JP2009048854A (en) Fuel cell power generating device and its control method
JP4914273B2 (en) Hydrogen production method and hydrogen production system
KR100786462B1 (en) reformer with oxygen supplier and fuel cell system using the same
WO2010041471A1 (en) Hydrogen generator, fuel cell system, and method of operating hydrogen generator
JP3784775B2 (en) Control method of fuel cell power generation system
JP4727642B2 (en) Operation method of hydrogen production power generation system
JP5066020B2 (en) Fuel cell power generation system and operation method thereof
JP4467929B2 (en) Fuel cell power generation system
JP4536391B2 (en) Fuel cell power generation system and fuel cell module
JP4620399B2 (en) Control method of fuel cell power generation system
JP3872006B2 (en) Fuel cell power generation system
JP2005108509A (en) Fuel cell power generating system
JP4246053B2 (en) Starting method of fuel cell power generation system
JP3886887B2 (en) Fuel cell power generation system
JP5134309B2 (en) Fuel cell power generator and control method thereof
JP2008204784A (en) Fuel cell power generation system, and fuel cell power generation method
JP2009176659A (en) Fuel cell generation system and its control method
JP4476581B2 (en) FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM, CONTROL METHOD FOR THE FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM, CONTROL PROGRAM FOR IMPLEMENTING THE CONTROL METHOD, AND RECORDING MEDIUM CONTAINING THE CONTROL PROGRAM
JP4467924B2 (en) Fuel cell power generation system
JP2005056775A (en) Fuel cell power generation system
JP2005056777A (en) Fuel cell power generation system
JP4467925B2 (en) Control method for fuel cell power generation system, control program for realizing the control method, and recording medium recording the control program
JP2005056735A (en) Fuel cell power generation system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050711

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080919

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080930

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081127

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20090515

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20090515

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100223

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100224

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130305

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees