JP4719580B2 - 燃料電池発電システム及び発電方法 - Google Patents
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Description
H2+O2− → H2O+2e− …(式2)
CO+O2− → CO2+2e− …(式3)
CnH2m+nH2O → nCO+(n+m)H2 …(式4)
CnH2m+nCO2 → 2nCO+mH2 …(式5)
炭化水素は500℃以上の高温では熱分解を起こし、炭素析出が起こる。炭素析出がアノードで発生すると電極性能が劣化する。この炭素析出を防止するために、アノードガス中の酸素原子/炭素原子の比(以下、O/C比という)が2以上となるように水蒸気や二酸化炭素が添加される。式4及び式5に示すように、炭化水素の改質のためにも、炭化水素への水蒸気や二酸化炭素の添加は必要である。
2CO+O2 ⇔ 2CO2 …(式7)
CnH2m+(n+m/2)O2 ⇔ nCO2+mH2O …(式8)
水素、一酸化炭素、炭化水素などの燃料濃度と水蒸気及び二酸化炭素濃度の比が減少すると起電力は減少する。したがって、燃料を水蒸気や二酸化炭素と混合して供給することは起電力低下につながる。したがって、起電力向上の観点からは、燃料への水蒸気および二酸化炭素の添加量は最小限に抑えることが望ましい。
Claims (13)
- 電解質を介して一方の側にアノードを有し他方の側にカソードを有する燃料電池を備え、炭化水素または炭化水素を改質したガスを燃料とする燃料電池発電システムにおいて、1つの燃料電池について、前記アノードに酸素原子/炭素原子の比が異なる二種類のアノードガスを供給し、所定の酸素原子/炭素原子の比を持つガスをアノードガス流れ方向の上流側から供給し、該上流側から供給されるガスの前記所定の酸素原子/炭素原子の比よりも小さい酸素原子/炭素原子の比を持つアノードガスを下流側から供給するようにしたことを特徴とする燃料電池発電システム。
- 請求項1において、酸素原子/炭素原子の比が所定の酸素原子/炭素原子の比よりも小さいアノードガスがアノードガス流れ方向に沿って複数の箇所から供給されるようにしたことを特徴とする燃料電池発電システム。
- 請求項1において、前記上流側から供給されるアノードガスの所定の酸素原子/炭素原子の比が2以上であることを特徴とする燃料電池発電システム。
- 請求項1において、前記下流側から供給されるアノードガスの酸素原子/炭素原子の比が2より小さいことを特徴とする燃料電池発電システム。
- 請求項1において、前記上流側から供給されるアノードガスの酸素原子/炭素原子の比が2以上であり、前記下流側から供給されるアノードガスの酸素原子/炭素原子の比が2より小さいことを特徴とする燃料電池発電システム。
- 請求項1において、酸素原子/炭素原子の比が大きいアノードガスが炭化水素と水蒸気及び/又は二酸化炭素の混合ガスよりなることを特徴とする燃料電池発電システム。
- 請求項1において、酸素原子/炭素原子の比が小さいアノードガスが炭化水素、または炭化水素と水蒸気及び/又は二酸化炭素の混合ガスよりなることを特徴とする燃料電池発電システム。
- 電解質を介してアノードとカソードを有する燃料電池に、炭化水素または炭化水素を改質したガスを含むアノードガスと、空気よりなるカソードガスを供給して発電を行う燃料電池発電方法において、1つの燃料電池について、前記アノードガスの流れ方向の上流側から酸素原子/炭素原子の比が大きいガスを流し、アノードガスの流れ方向の下流側から酸素原子/炭素原子の比が小さいガスを流し、アノードガス流れ方向の上流域における電気化学反応により発生した水蒸気及び二酸化炭素を利用して、下流側から供給された酸素原子/炭素原子の比が小さいガスの改質を行い、発電燃料として利用し、前記アノードガスの流れ方向の上流側から酸素原子/炭素原子の比が2以上のガスを流し、アノードガスの流れ方向の下流側から酸素原子/炭素原子の比が2よりも小さいガスを流すようにしたことを特徴とする燃料電池発電方法。
- 請求項8において、酸素原子/炭素原子の比が2よりも小さいアノードガスをアノードガス流れ方向の複数の箇所から供給することを特徴とする燃料電池発電方法。
- 請求項8において、アノードガス流れ方向の各領域で、アノードガスの酸素原子/炭素原子の比が2よりも大きい値を保持するように、前記酸素原子/炭素原子の比が2よりも小さいガスの供給量を制御することを特徴とする燃料電池発電方法。
- 電解質を介してアノードとカソードを有する燃料電池を備え、炭化水素または炭化水素を改質したガスを含むアノードガスと、空気よりなるカソードガスを供給して発電を行う燃料電池発電システムにおいて、1つの燃料電池について、前記アノードガスの流れ方向の上流側と下流側の少なくとも二箇所からアノードガスが供給されるようにアノードガス供給路を設け、上流側から所定の酸素原子/炭素原子の比を持つアノードガスが供給され、該上流側から供給されるアノードガスの所定の酸素原子/炭素原子の比よりも小さい酸素原子/炭素原子の比を持つアノードガスを、下流側から供給するようにし、かつ酸素原子/炭素原子の比が前記所定の酸素原子/炭素原子の比よりも小さいアノードガスが供給される供給路にガスの温度上昇を防止する手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
- 請求項11において、前記所定の酸素原子/炭素原子の比が2以上であり、前記酸素原子/炭素原子の比が所定の酸素原子/炭素原子の比よりも小さいアノードガスの酸素原子/炭素原子の比が2よりも小さいことを特徴とする燃料電池発電システム。
- 請求項11において、前記酸素原子/炭素原子の比が2よりも小さいアノードガスとして、酸素原子/炭素原子の比が2よりも小さい範囲内で水を噴霧したガスを用いることを特徴とする燃料電池発電システム。
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