JP4750374B2 - 燃料電池構造体の運転方法 - Google Patents
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Description
運転開始時の起動用ガスとして、起動用酸素含有ガスと前記炭化水素ガスとの混合ガスを使用し、該混合ガスを、前記改質器を通して前記燃料電池本体に供給し、且つ別経路で前記発電用酸素含有ガスを前記燃料電池本体に供給し、該燃料電池本体から排出されるガスの燃焼により前記燃料電池本体及び前記改質器の加熱を行い、該改質器の昇温に伴って部分酸化改質反応を生じせしめ、
次いで、前記改質器に水蒸気を供給し、前記起動用酸素含有ガスの供給を停止することにより、水蒸気改質反応に切り替えて定常運転を行うことを特徴とする燃料電池構造体の運転方法(以下、第1の運転方法と呼ぶことがある)が提供される。
(1)前記改質反応の切り替えに際して、前記起動用酸素含有ガスの供給量を低減させて前記改質器内の触媒入口温度を低下させること、
ができる。
運転開始時の起動用ガスとして、起動用酸素含有ガスと前記炭化水素ガスとの混合ガスを使用し、該混合ガスを、前記改質器を通して前記燃料電池本体に供給し、且つ別経路で前記発電用酸素含有ガスを前記燃料電池本体に供給し、該燃料電池本体から排出されるガスの燃焼により前記燃料電池本体及び前記改質器の加熱を行い、前記改質器の昇温に伴って部分酸化改質反応を生じせしめ、
次いで、前記起動用酸素含有ガスの停止とともに、前記炭化水素ガスの供給を一旦停止し、この後、水蒸気の供給と前記炭化水素ガスの供給再開とを行うことにより水蒸気改質反応に切り替えて定常運転を行うことを特徴とする燃料電池構造体の運転方法(以下、第2の運転方法と呼ぶことがある)が提供される。
(2)前記改質器の改質触媒収容室内に隣接して気化室を設け、該気化室内に水を供給し、前記燃焼熱によって前記気化室内に供給された水を気化させ、生成した水蒸気を前記改質触媒収容室内に供給すること、
(3)運転開始時及び部分酸化改質反応に際して使用される前記起動用ガスは、酸素(O2)と炭化水素(C)との混合モル比(O2/C)が0.5乃至1.0の範囲にある混合ガスであること、
が好ましい。
部分酸化改質反応:
CH4+1/2O2 → 2H2+CO (発熱反応)
自己熱改質反応
CH4+H2O+1/2O2 → 3H2+CO2 (熱量制御可能)
水蒸気改質反応
CH4+H2O → 3H2+CO (吸熱反応)
図1は、本発明の運転方法におけるガスの流れを説明するための図であり、
図2は、本発明に用いる燃料電池構造体の概略構造を示す図であり、
図3は、図2の燃料電池構造体における燃料電池本体のセルスタックの概略構造を示す図(図2のA−A断面図)である。
1/2O2+2e−→O2−(固体電解質)
の電極反応が生じ、燃料極層23において、
O2−(固体電解質)+H2→H2O+2e−
の電極反応が生じ、この結果、発電することとなる。
本発明において、改質器2は、図2に示すように、間に燃焼域3を挟んで、燃料電池本体1(セルスタック10)の上部の全体に位置するように配置される。即ち、改質器2の全体が燃焼域3での燃焼によって加熱されるようにする。
燃料電池構造体を作動させ、発電を行うには、改質触媒49が所定の改質反応開始温度に達し、且つセル20が所定の作動温度に到達することが必要であり、このため、運転開始時には、発電を継続して行う定常運転に先立って、起動運転が行われる。
上記の起動運転により、気化室41の温度が水蒸気発生可能な温度に到達したときには、部分酸化改質反応から自己熱改質反応或いは水蒸気改質反応への切り替え可能となり、適当な段階でこれらの改質反応に切り替えて定常運転が行われる。
2:改質器
3:燃焼域
40:触媒収容室
41:気化室
49:改質触媒
53:送水管
Claims (7)
- 複数の燃料電池からなるセルスタックが配列されてなる燃料電池本体と、改質触媒が収容された改質器とがハウジング内に設けられた燃料電池構造体の運転方法であって、前記燃料電池本体に発電用酸素含有ガスを供給するとともに、改質触媒が収容された改質器に炭化水素ガスを通して該炭化水素ガスを水素リッチな燃料ガスに改質し、前記発電用酸素含有ガスとは別経路で前記燃料ガスを前記燃料電池本体に供給して発電を行い、前記燃料電池本体から排出されるガスを燃焼させ、その燃焼熱によって、前記燃料電池本体を構成する前記燃料電池を所定の発電温度以上に加熱保持し、且つ前記改質器内の前記改質触媒の温度を改質反応開始温度以上に加熱保持して発電を継続して行う燃料電池構造体の運転方法において、
運転開始時の起動用ガスとして、起動用酸素含有ガスと前記炭化水素ガスとの混合ガスを使用し、該混合ガスを、前記改質器を通して前記燃料電池本体に供給し、且つ別経路で前記発電用酸素含有ガスを前記燃料電池本体に供給し、該燃料電池本体から排出されるガスの燃焼により前記燃料電池本体及び前記改質器の加熱を行い、該改質器の昇温に伴って部分酸化改質反応を生じせしめ、
次いで、前記改質器に水蒸気を供給し、前記起動用酸素含有ガスの供給を停止することにより、水蒸気改質反応に切り替えて定常運転を行うことを特徴とする燃料電池構造体の運転方法。 - 前記改質反応の切り替えに際して、前記起動用酸素含有ガスの供給量を低減させて前記改質器内の触媒入口温度を低下させる請求項1に記載の燃料電池構造体の運転方法。
- 前記改質器の改質触媒収容室内に隣接して気化室を設け、該気化室内に水を供給し、前記燃焼熱によって前記気化室内に供給された水を気化させ、生成した水蒸気を前記改質触媒収容室内に供給する請求項1または2に記載の燃料電池構造体の運転方法。
- 運転開始時及び部分酸化改質反応に際して使用される前記起動用ガスは、酸素(O2)と炭化水素(C)との混合モル比(O2/C)が0.5乃至1.0の範囲にある混合ガスである請求項1乃至3の何れかに記載の燃料電池構造体の運転方法。
- 複数の燃料電池からなるセルスタックが配列されてなる燃料電池本体と、改質触媒が収容された改質器とがハウジング内に設けられた燃料電池構造体の運転方法であって、前記燃料電池本体に発電用酸素含有ガスを供給するとともに、改質触媒が収容された改質器に炭化水素ガスを通して該炭化水素ガスを水素リッチな燃料ガスに改質し、前記発電用酸素含有ガスとは別経路で前記燃料ガスを前記燃料電池本体に供給して発電を行い、前記燃料電池本体から排出されるガスを燃焼させ、その燃焼熱によって、前記燃料電池本体を構成する前記燃料電池を所定の発電温度以上に加熱保持し、且つ前記改質器内の前記改質触媒の温度を改質反応開始温度以上に加熱保持して発電を継続して行う燃料電池構造体の運転方法において、
運転開始時の起動用ガスとして、起動用酸素含有ガスと前記炭化水素ガスとの混合ガスを使用し、該混合ガスを、前記改質器を通して前記燃料電池本体に供給し、且つ別経路で前記発電用酸素含有ガスを前記燃料電池本体に供給し、該燃料電池本体から排出されるガスの燃焼により前記燃料電池本体及び前記改質器の加熱を行い、前記改質器の昇温に伴って部分酸化改質反応を生じせしめ、
次いで、前記起動用酸素含有ガスの停止とともに、前記炭化水素ガスの供給を一旦停止し、この後、水蒸気の供給と前記炭化水素ガスの供給再開とを行うことにより水蒸気改質反応に切り替えて定常運転を行うことを特徴とする燃料電池構造体の運転方法。 - 前記改質器の改質触媒収容室内に隣接して気化室を設け、該気化室内に水を供給し、前記燃焼熱によって前記気化室内に供給された水を気化させ、生成した水蒸気を前記改質触媒収容室内に供給する請求項5に記載の燃料電池構造体の運転方法。
- 運転開始時及び部分酸化改質反応に際して使用される前記起動用ガスは、酸素(O2)と炭化水素(C)との混合モル比(O2/C)が0.5乃至1.0の範囲にある混合ガスである請求項5または6に記載の燃料電池構造体の運転方法。
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