JP4805736B2 - Indirect internal reforming type solid oxide fuel cell - Google Patents

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Description

発明は改質器を燃料電池近傍に有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池に関する。 The present invention relates to an indirect internal reforming solid oxide fuel cell having a reformer in the vicinity of the fuel cell.

固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cells。以下場合によりSOFCという。)には、通常、改質器において灯油や都市ガスなどの炭化水素系燃料(改質原料)を改質して発生させた水素含有ガス(改質ガス)が供給される。SOFCにおいて、この改質ガスと空気を電気化学的に反応させて発電を行う。   Solid oxide fuel cells (hereinafter referred to as SOFC in some cases) are usually generated by reforming hydrocarbon fuels (reforming raw materials) such as kerosene and city gas in a reformer. Hydrogen-containing gas (reformed gas) is supplied. In the SOFC, the reformed gas and air are reacted electrochemically to generate electricity.

SOFCは通常550℃〜1000℃程度の高温で作動させる。   The SOFC is usually operated at a high temperature of about 550 ° C to 1000 ° C.

改質には、水蒸気改質、部分酸化改質など種々の反応が利用されるが、水蒸気改質は非常に大きな吸熱を伴う反応であり、また反応温度が550℃〜750℃程度と比較的高く、高温の熱源を必要とする。そのため、SOFCの近傍(SOFCからの熱輻射を受ける位置)に改質器を設置し、SOFCからの輻射熱によって改質器を加熱する間接内部改質型SOFCが知られている。また、SOFCのアノードから排出される可燃分含有ガス(アノードオフガス)を燃焼させ、この燃焼熱を熱源として改質器を加熱することも行われている。   Various reactions such as steam reforming and partial oxidation reforming are used for the reforming, but steam reforming is a reaction accompanied by a very large endotherm, and the reaction temperature is comparatively as about 550 ° C. to 750 ° C. Requires a high and hot heat source. Therefore, an indirect internal reforming SOFC is known in which a reformer is installed in the vicinity of the SOFC (a position that receives heat radiation from the SOFC) and the reformer is heated by radiant heat from the SOFC. Further, a combustible component-containing gas (anode off gas) discharged from the anode of the SOFC is combusted, and the reformer is heated using this combustion heat as a heat source.

間接内部改質型SOFCについては特許文献1に記載される。
特開2002−358997号公報
An indirect internal reforming SOFC is described in Patent Document 1.
JP 2002-358997 A

上記のように間接内部改質型SOFCでは、SOFCを熱源として改質器を加熱する。しかし、起動時においては、SOFCの熱が期待できないため、SOFC以外の手段により改質触媒が活性を発現する温度まで触媒を昇温することが求められる。   As described above, in the indirect internal reforming SOFC, the reformer is heated using SOFC as a heat source. However, since the heat of the SOFC cannot be expected at the time of startup, it is required to raise the temperature of the catalyst to a temperature at which the reforming catalyst exhibits activity by means other than the SOFC.

電気ヒーターによって暖めた気体を改質触媒に供給することにより、改質触媒を加熱することが考えられる。しかし、これでは改質触媒を改質可能な温度まで加熱するまでに多大な電力を必要とするうえに、昇温に長時間を要する。   It is conceivable to heat the reforming catalyst by supplying a gas heated by an electric heater to the reforming catalyst. However, this requires a great amount of electric power before heating the reforming catalyst to a temperature at which reforming can be performed, and it takes a long time to raise the temperature.

また、間接内部改質型SOFCでは通常運転時(定格運転時または部分負荷運転時)には改質に要する熱をSOFCの排熱によってまかなうことが可能だが、負荷変動や外乱等によって改質熱が不足する可能性があり、改質が不十分になり、改質器下流のSOFCに悪影響が及ぶ可能性もある。特に、灯油のような高次炭化水素を用いる場合、改質器から高次炭化水素がリークすると、炭素析出によってSOFCの性能が劣化することがある。   Indirect internal reforming SOFCs can provide the heat required for reforming by exhaust heat of SOFC during normal operation (at rated operation or partial load operation). May be insufficient, the reforming may be insufficient, and the SOFC downstream of the reformer may be adversely affected. In particular, when a higher order hydrocarbon such as kerosene is used, if the higher order hydrocarbon leaks from the reformer, the performance of the SOFC may deteriorate due to carbon deposition.

本発明の目的は、起動時間の短縮が可能で、通常運転時においてより安定に運転できる間接内部改質型SOFCを提供することである。   An object of the present invention is to provide an indirect internal reforming SOFC that can shorten the startup time and can be operated more stably during normal operation.

本発明の別の目的は、このような間接内部改質型SOFC好適に起動することのできる方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a method capable of suitably starting such an indirect internal reforming SOFC.

本発明により、
分子中に炭素と水素を含む燃料を改質する改質反応管と、
管壁に複数の炎孔が設けられた管状バーナーと、
該改質反応管から得られる改質ガスを用いて発電する固体酸化物形燃料電池を有し、
該管状バーナーが、該炎孔から吹き出す炎からの輻射熱および/または燃焼ガスが該改質反応管に当たる位置に配置され、
該改質反応管が固体酸化物形燃料電池から熱輻射を受ける位置に配された
間接内部改質型固体酸化物形燃料電池
が提供される。
According to the present invention,
A reforming reaction tube for reforming a fuel containing carbon and hydrogen in the molecule;
A tubular burner with a plurality of flame holes in the tube wall;
A solid oxide fuel cell that generates power using the reformed gas obtained from the reforming reaction tube;
The tubular burner is disposed at a position where radiant heat and / or combustion gas from a flame blown out from the flame hole hits the reforming reaction tube;
The reforming reaction tube is disposed at a position to receive heat radiation from the solid oxide fuel cell.
An indirect internal reforming solid oxide fuel cell is provided.

前記改質反応管が、分子中に炭素と水素を含む燃料を水蒸気改質する水蒸気改質能を有する触媒を収容することが好ましい。 The reforming reaction tube preferably contains a catalyst having a steam reforming ability for steam reforming a fuel containing carbon and hydrogen in the molecule .

上記間接内部改質型固体酸化物形燃料電池において、前記改質反応管と管状バーナーがいずれも直管であり、
該改質反応管を複数有し、
該改質反応管および管状バーナーが互いに平行に配置されたことが好ましい。
In the indirect internal reforming solid oxide fuel cell, the reforming reaction tube and the tubular burner are both straight tubes,
A plurality of the reforming reaction tubes;
The reforming reaction tube and the tubular burner are preferably arranged in parallel to each other.

本発明により、
上記間接内部改質型固体酸化物形燃料電池を起動する方法であって、
前記管状バーナーで燃焼を行い、前記炎孔から吹き出す炎からの輻射熱および/または燃焼ガスを前記改質反応管に当てることによって、改質反応管を加熱する工程、
改質反応管が改質可能な温度になったら、分子中に炭素と水素を含む燃料を改質反応管に供給して改質ガスを製造し、改質ガスを前記固体酸化物形燃料電池に供給する工程、
固体酸化物形燃料電池が発電可能な温度になったら発電を開始し、発電に伴う発熱によって固体酸化物形燃料電池を加熱する工程、および、
固体酸化物形燃料電池からの熱によって改質反応管が加熱され、改質に必要な熱がまかなえるようになったら、前記管状バーナーの燃焼を停止する工程
を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池の起動方法
が提供される。
According to the present invention,
A method of starting the indirect internal reforming solid oxide fuel cell,
A step of heating the reforming reaction tube by performing combustion in the tubular burner and applying radiant heat and / or combustion gas from a flame blown out of the flame hole to the reforming reaction tube;
When the reforming reaction tube reaches a reformable temperature, fuel containing carbon and hydrogen in the molecule is supplied to the reforming reaction tube to produce reformed gas, and the reformed gas is used as the solid oxide fuel cell. The process of supplying to
Starting the power generation when the solid oxide fuel cell reaches a temperature capable of generating power, and heating the solid oxide fuel cell by heat generated by the power generation; and
A step of stopping combustion of the tubular burner when the reforming reaction tube is heated by the heat from the solid oxide fuel cell and the heat necessary for reforming can be provided
A method for starting an indirect internal reforming solid oxide fuel cell is provided.

本発明により、起動時間の短縮が可能で、通常運転時においてより安定に運転できる間接内部改質型SOFCが提供される。   The present invention provides an indirect internal reforming SOFC that can shorten the startup time and can be operated more stably during normal operation.

本発明により、このような間接内部改質型SOFC好適に起動することのできる方法が提供される。 The present invention provides a method capable of suitably starting such an indirect internal reforming SOFC.

本発明で用いる改質器は、分子中に炭素と水素を含む燃料(本明細書において炭化水素系燃料という)を改質する改質反応管と、管壁に複数の炎孔が設けられた管状バーナーとを有する。
The reformer used in the present invention is provided with a reforming reaction tube for reforming a fuel containing carbon and hydrogen in its molecule (referred to as a hydrocarbon-based fuel in this specification ) , and a plurality of flame holes on the tube wall. With a tubular burner.

改質反応管には、炭化水素系燃料が供給される。改質反応管において、炭化水素系燃料が改質され、水素を含む改質ガスが得られる。   A hydrocarbon-based fuel is supplied to the reforming reaction tube. In the reforming reaction tube, the hydrocarbon-based fuel is reformed to obtain a reformed gas containing hydrogen.

管状バーナーには可燃物と空気等の酸素含有ガスが供給される。管状バーナーには可燃物のみ供給し、管状バーナーの周囲に存在する酸素によって燃焼を行うこともできる。管状バーナーで可燃物が燃焼し、炎孔から炎が吹き出す。管状バーナーは、この炎によって改質反応管が加熱されることができる位置に配置される。   The tubular burner is supplied with combustible material and oxygen-containing gas such as air. Only a combustible material can be supplied to the tubular burner, and combustion can be performed by oxygen existing around the tubular burner. The combustible material burns in the tubular burner, and the flame blows out from the flame hole. The tubular burner is arranged at a position where the reforming reaction tube can be heated by this flame.

本発明の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池は、上述の改質反応管および管状バーナーに加えて、上記改質ガスを用いて発電するSOFCを有する。改質反応管は、SOFCから熱輻射を受ける位置に配される。改質反応管、管状バーナーおよびSOFCを一つの容器(モジュール容器)に収め、モジュールとすることができる。   The indirect internal reforming solid oxide fuel cell of the present invention has an SOFC that generates power using the reformed gas in addition to the reforming reaction tube and the tubular burner. The reforming reaction tube is disposed at a position that receives heat radiation from the SOFC. The reforming reaction tube, tubular burner and SOFC can be housed in one container (module container) to form a module.

〔炭化水素系燃料〕
炭化水素系燃料としては、改質ガスの原料としてSOFCの分野で公知の、分子中に炭素と水素を含む(酸素など他の元素を含んでもよい)化合物もしくはその混合物から適宜選んで用いることができ、炭化水素類、アルコール類など分子中に炭素と水素を有する化合物を用いることができる。例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG、都市ガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油等の炭化水素燃料、また、メタノール、エタノール等のアルコール、ジメチルエーテル等のエーテル等である。
[Hydrocarbon fuel]
As the hydrocarbon-based fuel, as a reformed gas raw material, a compound known from the field of SOFC, containing carbon and hydrogen (may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof, or a mixture thereof may be used as appropriate. And compounds having carbon and hydrogen in the molecule such as hydrocarbons and alcohols can be used. For example, hydrocarbon fuels such as methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG, city gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil, alcohols such as methanol and ethanol, ethers such as dimethyl ether, and the like.

なかでも灯油は工業用としても民生用としても入手容易であり、その取り扱いも容易である点で、好ましい。また、灯油の改質は比較的高い温度で行われるため起動に比較的長い時間を要要し、また炭素析出の可能性も比較的高い。このため、炭化水素系燃料に灯油を用いる場合、本発明の効果が顕著である。   Of these, kerosene is preferable because it is easily available for industrial use and for consumer use, and is easy to handle. Further, since the kerosene is reformed at a relatively high temperature, it takes a relatively long time to start up, and the possibility of carbon deposition is relatively high. For this reason, when kerosene is used for hydrocarbon fuel, the effect of the present invention is remarkable.

〔可燃物(管状バーナー燃料)〕
本発明では、起動時などにおいて、改質反応管を加熱するための熱源として、管状バーナーによる燃焼の熱を利用する。管状バーナーで燃焼させる可燃物は、バーナーで燃焼可能な可燃物から適宜選ぶことができる。取り扱いの容易性の観点から、気体または液体の可燃物を用いることが好ましい。
[Combustible material (tubular burner fuel)]
In the present invention, the heat of combustion by the tubular burner is used as a heat source for heating the reforming reaction tube at the time of startup or the like. The combustible material burned by the tubular burner can be appropriately selected from combustible materials combustible by the burner. From the viewpoint of ease of handling, it is preferable to use a gas or liquid combustible material.

管状バーナーで燃焼させる可燃物に、改質の原料として用いる炭化水素系燃料と同種のものを用いると、供給源が一つですむので好ましい。   It is preferable to use the same type of hydrocarbon fuel as the reforming raw material for the combustibles burned by the tubular burner because only one supply source is required.

〔改質反応管〕
改質反応管の内部で炭化水素系燃料が改質される。改質反応管は、改質反応を促進する触媒を収容することができる。
[Reforming reaction tube]
The hydrocarbon fuel is reformed inside the reforming reaction tube. The reforming reaction tube can accommodate a catalyst that promotes the reforming reaction.

間接内部改質型SOFCでは、部分酸化改質より水蒸気改質の方が、SOFCによる発電に、より好適な改質ガス組成を得ることができる。このため、改質反応管において水蒸気改質またはオートサーマルリフォーミング(水蒸気改質と部分酸化改質の両者を行う)を行うことが好ましい。オートサーマルリフォーミングにおいても、水蒸気改質が支配的になるようにされ、従って改質反応はオーバーオールで吸熱になる。そして、改質反応に必要な熱がSOFCから供給される。改質反応管は、SOFCから熱輻射を受ける位置に配置される。   In an indirect internal reforming SOFC, steam reforming can provide a reformed gas composition more suitable for power generation by SOFC than partial oxidation reforming. Therefore, it is preferable to perform steam reforming or autothermal reforming (performing both steam reforming and partial oxidation reforming) in the reforming reaction tube. In autothermal reforming, steam reforming is dominant, and therefore the reforming reaction becomes endothermic in overall. Then, heat necessary for the reforming reaction is supplied from the SOFC. The reforming reaction tube is disposed at a position that receives heat radiation from the SOFC.

改質反応管には、水蒸気改質を行う場合(オートサーマルリフォーミングを行う場合を含む)には水蒸気が供給され、部分酸化改質を行う場合(オートサーマルリフォーミングを行う場合を含む)には空気等の酸素含有ガスが供給される。   Steam is supplied to the reforming reaction tube when steam reforming (including autothermal reforming) is performed, and when partial oxidation reforming (including autothermal reforming) is performed. Is supplied with an oxygen-containing gas such as air.

灯油などの常温常圧(25℃、0.101MPa)で液状の炭化水素系燃料を用いる場合、改質反応管に気体状の炭化水素系燃料を供給するために、改質反応管の上流(炭化水素系燃料の流れについて)に炭化水素系燃料を気化する気化器を設けることができる。また改質反応管に水蒸気を供給するために、改質反応管の上流(水の流れについて)に水を気化する気化器を設けることができる。気化の熱源としては、例えばSOFCから排出されるガスを用いることができる。また、SOFCからの輻射熱を用いることもでき、この場合は気化器を間接内部改質型SOFCの内部(モジュール容器内部)に設ける。起動時など、SOFCの温度が低く、これらの熱では気化熱が足りない場合は、例えば、別途設けた補助バーナーにて燃焼熱を発生させ、その熱を利用して気化を行うことができる。   When using a liquid hydrocarbon fuel at room temperature and normal pressure (25 ° C., 0.101 MPa) such as kerosene, in order to supply a gaseous hydrocarbon fuel to the reforming reaction tube, upstream of the reforming reaction tube ( A vaporizer for vaporizing the hydrocarbon fuel can be provided in the flow of the hydrocarbon fuel). Further, in order to supply water vapor to the reforming reaction tube, a vaporizer for vaporizing water can be provided upstream of the reforming reaction tube (with respect to the flow of water). As a heat source for vaporization, for example, a gas discharged from SOFC can be used. Also, radiant heat from the SOFC can be used. In this case, a vaporizer is provided inside the indirect internal reforming SOFC (inside the module container). When the temperature of the SOFC is low such as at the time of start-up and the heat of vaporization is insufficient, for example, combustion heat can be generated by an auxiliary burner provided separately, and vaporization can be performed using the heat.

また、改質反応管への供給物を予熱することもでき、そのための予熱器が必要に応じて適宜備えられる。予熱の熱源としては、例えばSOFCから排出されるガスを用いることができ、また、SOFCからの輻射熱を用いることもできる。起動時など、SOFCの温度が低く、これらの熱では所望の予熱を行えない場合は、例えば、別途設けた補助バーナーにて燃焼熱を発生させ、その熱を利用して気化を行うことができる。   In addition, the feed to the reforming reaction tube can be preheated, and a preheater for that purpose is provided as needed. As a heat source for preheating, for example, gas discharged from SOFC can be used, and radiant heat from SOFC can also be used. If the SOFC temperature is low, such as during startup, and the desired preheating cannot be performed with these heats, for example, combustion heat can be generated by an auxiliary burner provided separately, and the heat can be used for vaporization. .

炭化水素系燃料、水蒸気、空気等の酸素含有ガスなど、改質反応管への供給物を昇圧するコンプレッサー、ブロワ、ポンプなどの昇圧手段が必要に応じて適宜備えられる。   Pressure boosting means such as a compressor, a blower, and a pump for boosting the supply to the reforming reaction tube, such as hydrocarbon-based fuel, oxygen-containing gas such as water vapor and air, are appropriately provided as necessary.

改質反応管として、直管を用いることができるがその限りではなく、場合によっては螺旋状の管や蛇腹状の管を用いることもできる。また、改質反応管は単管(一重管)であってもよく、二重管構造を有していてもよい。改質反応管の断面は円に限らず、従って改質反応管に、円管の他にも方形管などを適宜用いることができる。   As the reforming reaction tube, a straight tube can be used, but not limited thereto, and in some cases, a spiral tube or a bellows tube can also be used. The reforming reaction tube may be a single tube (single tube) or may have a double tube structure. The cross section of the reforming reaction tube is not limited to a circle, and accordingly, a rectangular tube or the like can be used as the reforming reaction tube in addition to the circular tube.

改質反応管の温度を監視するために、温度検知手段を適宜設けることができる。例えば、改質反応管に改質触媒が充填されてなる改質触媒層の中に、熱電対を設けることができる。   In order to monitor the temperature of the reforming reaction tube, temperature detection means can be provided as appropriate. For example, a thermocouple can be provided in the reforming catalyst layer in which the reforming reaction tube is filled with the reforming catalyst.

〔管状バーナー〕
管状バーナーには、使用する可燃物を燃焼させることのできる公知のバーナーを適宜利用することができる。
[Tubular burner]
As the tubular burner, a known burner capable of burning the combustible material to be used can be appropriately used.

灯油などの常温常圧(25℃、0.101MPa)で液状の可燃物を用いる場合、管状バーナーに気体状の可燃物を供給するために、管状バーナーの上流(可燃物の流れについて)に可燃物を気化する気化器を設けることができる。気化の熱源としては、例えばSOFCから排出されるガスを用いることができる。また、SOFCからの輻射熱を用いることが好ましく、この場合は気化器を間接内部改質型SOFCの内部(モジュール容器内部)に設ける。起動時など、SOFCの温度が低く、これらの熱では気化熱が足りない場合は、例えば、別途設けた補助バーナーにて燃焼熱を発生させ、その熱を利用して気化を行うことができる。   When using a liquid combustible material such as kerosene at room temperature and normal pressure (25 ° C, 0.101 MPa), it is combustible upstream of the tubular burner (for the flow of combustible material) in order to supply the gaseous combustible material to the tubular burner. A vaporizer can be provided to vaporize the object. As a heat source for vaporization, for example, a gas discharged from SOFC can be used. Further, it is preferable to use radiant heat from the SOFC. In this case, the vaporizer is provided inside the indirect internal reforming SOFC (inside the module container). When the temperature of the SOFC is low such as at the time of start-up and the heat of vaporization is insufficient, for example, combustion heat can be generated by an auxiliary burner provided separately, and vaporization can be performed using the heat.

管状バーナーの着火のために、適宜イグナイターを設けることができる。   An igniter can be provided as appropriate for the ignition of the tubular burner.

管状バーナーは、間接内部改質型SOFCモジュールの内部に設ける。   The tubular burner is provided inside the indirect internal reforming SOFC module.

空気等の酸素含有ガスや可燃物を管状バーナーに供給するために、これらを昇圧するコンプレッサー、ブロワ、ポンプなどの昇圧手段が必要に応じて適宜備えられる。   In order to supply an oxygen-containing gas such as air or a combustible material to the tubular burner, a pressure increasing means such as a compressor, a blower, or a pump for increasing the pressure is appropriately provided as necessary.

管状バーナーの管壁に設けられた炎孔から炎が吹き出す。炎孔は管壁に設けられた貫通孔である。炎からの輻射熱および燃焼ガスによって改質反応管が加熱される。   A flame blows out from a flame hole provided in the tube wall of the tubular burner. The flame hole is a through hole provided in the tube wall. The reforming reaction tube is heated by the radiant heat from the flame and the combustion gas.

管状バーナーとして、直管を用いることができるがその限りではなく、場合によっては螺旋状の管や蛇腹状の管を用いることもできる。例えば、一端が閉じられた直管の側壁に炎孔を複数設けることができる。管状バーナーの断面は円に限らず、従って管状バーナーに、円管の他にも方形管などを適宜用いることができる。   As the tubular burner, a straight pipe can be used, but not limited thereto, and in some cases, a spiral pipe or a bellows pipe can also be used. For example, a plurality of flame holes can be provided on the side wall of a straight pipe whose one end is closed. The cross section of the tubular burner is not limited to a circle, and therefore a rectangular tube or the like can be used as appropriate for the tubular burner in addition to the circular tube.

管状バーナーは、炎孔から吹き出す炎によって改質反応管を加熱可能な位置に配される。   The tubular burner is arranged at a position where the reforming reaction tube can be heated by the flame blown out from the flame hole.

炎孔が改質管に向かう方向を向いていることが好ましい。これによって炎からの輻射熱や燃焼ガスが改質反応管に当たるようにすることができ、改質反応管を効率よく加熱することが可能となる。   It is preferable that the flame hole faces the direction toward the reforming pipe. As a result, radiant heat and combustion gas from the flame can be applied to the reforming reaction tube, and the reforming reaction tube can be efficiently heated.

改質反応管と管状バーナーにいずれも直管を用い、改質反応管および管状バーナーを互いに平行に配置することが、炎孔から吹き出す炎によって改質反応管を一様に効率よく加熱する観点から好ましい。   A straight tube is used for the reforming reaction tube and the tubular burner, and the reforming reaction tube and the tubular burner are arranged in parallel with each other, so that the reforming reaction tube is uniformly and efficiently heated by the flame blown out from the flame hole. To preferred.

SOFCから改質反応管への熱移動を効率的に行うために、複数の改質反応管を用いることが好ましい。この場合も、いずれの改質反応管も直管とし、管状バーナーも直管とし、これら全ての管が互いに平行に配置することが、炎孔からの炎によって改質反応管を一様に効率よく加熱する観点から好ましい。   In order to efficiently perform heat transfer from the SOFC to the reforming reaction tube, it is preferable to use a plurality of reforming reaction tubes. In this case as well, all the reforming reaction tubes are straight pipes, the tubular burner is also a straight pipe, and all these pipes are arranged in parallel with each other. It is preferable from the viewpoint of heating well.

管状バーナーの数は、加熱しようとする改質反応管を効率よく加熱することができるように、適宜決めることができる。   The number of tubular burners can be determined as appropriate so that the reforming reaction tube to be heated can be efficiently heated.

改質反応管を極力一様に加熱するために、一つの管状バーナーに炎孔を複数設ける。特に、改質反応管を軸方向に極力一様に加熱するために、改質反応管と平行に配した管状バーナーの軸方向に複数の炎孔を設けることが好ましい。また一つの管状バーナーのまわりに複数の改質反応管が存在する場合、各改質反応管に向けて炎を吹き出すことができるように、管状バーナーの周方向に炎孔を複数設けることもできる。   In order to heat the reforming reaction tube as uniformly as possible, a plurality of flame holes are provided in one tubular burner. In particular, in order to heat the reforming reaction tube as uniformly as possible in the axial direction, it is preferable to provide a plurality of flame holes in the axial direction of a tubular burner arranged in parallel with the reforming reaction tube. When a plurality of reforming reaction tubes exist around one tubular burner, a plurality of flame holes can be provided in the circumferential direction of the tubular burner so that flames can be blown out toward each reforming reaction tube. .

複数の炎孔の大きさ(孔径)は、互いに同一である必要はない。また一つの管状バーナーの軸方向に三つ以上の炎孔を設ける場合、炎孔を等間隔で設ける必要もない。炎孔の大きさや配置は、改質反応管を極力一様に効率よく加熱する観点から、適宜決めればよい。   The sizes (hole diameters) of the plurality of flame holes need not be the same. Further, when three or more flame holes are provided in the axial direction of one tubular burner, it is not necessary to provide the flame holes at equal intervals. The size and arrangement of the flame holes may be appropriately determined from the viewpoint of heating the reforming reaction tube as uniformly and efficiently as possible.

管状バーナーに、気体状の可燃物と酸素含有ガスを予混合して供給することができる。   The tubular burner can be supplied with a premixed gaseous combustible and oxygen-containing gas.

〔改質触媒〕
改質反応管において水蒸気改質またはオートサーマルリフォーミングを行うために、改質触媒として水蒸気改質触媒やオートサーマルリフォーミング触媒(水蒸気改質能および部分酸化改質能を有する触媒)を用いることができる。すなわち、改質触媒として炭化水素系燃料を水蒸気改質する水蒸気改質能を有する触媒を用いることができる。
[Reforming catalyst]
To perform steam reforming or autothermal reforming in the reforming reaction tube, use a steam reforming catalyst or autothermal reforming catalyst (a catalyst having steam reforming ability and partial oxidation reforming ability) as a reforming catalyst. Can do. That is, a catalyst having steam reforming ability for steam reforming hydrocarbon fuel can be used as the reforming catalyst.

水蒸気改質触媒、オートサーマルリフォーミング触媒のいずれも、公知のそれぞれの触媒から適宜選んで使用することができる。水蒸気改質触媒の例としてはルテニウム系およびニッケル系、オートサーマル改質触媒の例としてはロジウム系触媒を挙げることができる。また、オートサーマル改質触媒については、特開2000−84410号公報、特開2001−80907号公報、「2000 Annual Progress Reports(Office of Transportation Technologies)」、米国特許5,929,286号公報などに記載されるようにニッケルおよび白金、ロジウム、ルテニウムなどの貴金属等がこれら活性を持つことが知られている。触媒形状としては、ペレット状、ハニカム状、その他従来公知の形状を適宜採用することができる。   Both the steam reforming catalyst and the autothermal reforming catalyst can be used by appropriately selecting from known respective catalysts. Examples of the steam reforming catalyst include ruthenium-based and nickel-based catalysts, and examples of the autothermal reforming catalyst include rhodium-based catalysts. As for the autothermal reforming catalyst, JP 2000-84410 A, JP 2001-80907 A, “2000 Annual Progress Reports (Office of Transportation Technologies)”, US Pat. No. 5,929,286, and the like. As described, nickel and noble metals such as platinum, rhodium and ruthenium are known to have these activities. As the catalyst shape, a pellet shape, a honeycomb shape, or other conventionally known shapes can be appropriately employed.

なお、改質反応管において部分酸化改質を行う場合(水蒸気改質は行わない)、部分酸化改質反応は発熱反応なので、基本的には改質反応管を加熱する必要はない。しかし、部分酸化改質触媒を用いる際には、部分酸化改質触媒の活性が発現する温度まで触媒を昇温する必要があり、そのために管状バーナーの炎孔から吹き出す炎を用いて改質反応管を加熱することができる。   When partial oxidation reforming is performed in the reforming reaction tube (steam reforming is not performed), the partial oxidation reforming reaction is an exothermic reaction, and thus it is basically unnecessary to heat the reforming reaction tube. However, when using a partial oxidation reforming catalyst, it is necessary to raise the temperature of the catalyst to a temperature at which the activity of the partial oxidation reforming catalyst is manifested. For this reason, the reforming reaction is performed using a flame blown from the flame hole of the tubular burner. The tube can be heated.

〔改質条件〕
以下、水蒸気改質、オートサーマル改質のそれぞれにつき、発電時の条件について説明する。
[Reforming conditions]
Hereinafter, conditions during power generation will be described for each of steam reforming and autothermal reforming.

水蒸気改質の反応温度は例えば450℃〜900℃、好ましくは500℃〜850℃、さらに好ましくは550℃〜800℃の範囲とすることができる。   The reaction temperature of the steam reforming can be, for example, in the range of 450 ° C to 900 ° C, preferably 500 ° C to 850 ° C, and more preferably 550 ° C to 800 ° C.

反応系に導入するスチームの量は、改質原料に含まれる炭素原子モル数に対する水分子モル数の比(スチーム/カーボン比)として定義され、この値は好ましくは0.5〜10、より好ましくは1〜7、さらに好ましくは2〜5とされる。改質原料が液体の場合、この時の空間速度(LHSV)は改質原料の液体状態での流速をA(L/h)、触媒層体積をB(L)とした場合A/Bで表すことができ、この値は好ましくは0.05〜20h-1、より好ましくは0.1〜10h-1、さらに好ましくは0.2〜5h-1の範囲で設定される。 The amount of steam introduced into the reaction system is defined as the ratio of the number of moles of water molecules to the number of moles of carbon atoms contained in the reforming raw material (steam / carbon ratio), and this value is preferably 0.5 to 10, more preferably. Is 1-7, more preferably 2-5. When the reforming raw material is liquid, the space velocity (LHSV) at this time is represented by A / B when the flow rate in the liquid state of the reforming raw material is A (L / h) and the catalyst layer volume is B (L). This value is preferably set in the range of 0.05 to 20 h −1 , more preferably 0.1 to 10 h −1 , still more preferably 0.2 to 5 h −1 .

オートサーマル改質反応の反応温度は例えば450℃〜900℃、好ましくは500℃〜850℃、さらに好ましくは550℃〜800℃の範囲で設定される。   The reaction temperature of the autothermal reforming reaction is set in the range of, for example, 450 ° C to 900 ° C, preferably 500 ° C to 850 ° C, and more preferably 550 ° C to 800 ° C.

オートサーマル改質ではスチームの他に酸素含有ガスが原料に添加される。酸素含有ガスとしては純酸素でも良いが入手容易性から空気が好ましい。所望の発熱量が得られるように酸素含有ガスを添加することができる。酸素含有ガスの添加量は、改質原料に含まれる炭素原子モル数に対する酸素分子モル数の比(酸素/カーボン比)として好ましくは0.05〜1、より好ましくは0.1〜0.75、さらに好ましくは0.2〜0.6とされる。改質原料が液体の場合、この時の空間速度(LHSV)は、好ましくは0.1〜30、より好ましくは0.5〜20、さらに好ましくは1〜10の範囲で選ばれる。反応系に導入するスチームの量は、スチーム/カーボン比として好ましくは0.3〜10、より好ましくは0.5〜5、さらに好ましくは1〜3とされる。   In autothermal reforming, an oxygen-containing gas is added to the raw material in addition to steam. The oxygen-containing gas may be pure oxygen, but air is preferred because of its availability. An oxygen-containing gas can be added so as to obtain a desired calorific value. The addition amount of the oxygen-containing gas is preferably 0.05 to 1, more preferably 0.1 to 0.75, as a ratio of the number of moles of oxygen molecules to the number of moles of carbon atoms contained in the reforming raw material (oxygen / carbon ratio). More preferably, it is 0.2 to 0.6. When the reforming raw material is liquid, the space velocity (LHSV) at this time is preferably selected in the range of 0.1 to 30, more preferably 0.5 to 20, and still more preferably 1 to 10. The amount of steam introduced into the reaction system is preferably 0.3 to 10, more preferably 0.5 to 5, and still more preferably 1 to 3 as a steam / carbon ratio.

〔SOFC〕
改質器から、特には改質反応管から得られる改質ガスが、SOFCのアノード(燃料極)に供給される。一方、SOFCのカソード(空気極)には空気などの酸素含有ガスが供給される。発電に伴いSOFCが発熱し、その熱がSOFCから改質器へと輻射伝熱する。こうしてSOFC排熱が改質反応の吸熱に利用される。ガスの取り合い等は適宜配管等を用いて行う。
[SOFC]
The reformed gas obtained from the reformer, particularly from the reforming reaction tube, is supplied to the anode (fuel electrode) of the SOFC. On the other hand, an oxygen-containing gas such as air is supplied to the cathode (air electrode) of the SOFC. The SOFC generates heat with power generation, and the heat is radiated from the SOFC to the reformer. Thus, the SOFC exhaust heat is utilized for the endothermic reaction of the reforming reaction. Gas exchange and the like are appropriately performed using piping or the like.

SOFCとしては、平板型や円筒型などの各種形状の公知のSOFCを適宜選んで採用できる。SOFCでは、一般的に、酸素イオン導電性セラミックスもしくはプロトンイオン導電性セラミックスが電解質として利用される。   As the SOFC, known SOFCs of various shapes such as a flat plate type and a cylindrical type can be appropriately selected and employed. In the SOFC, oxygen ion conductive ceramics or proton ion conductive ceramics are generally used as an electrolyte.

SOFCは単セルであってもよいが、実用上は複数の単セルを配列させたスタック(円筒型の場合はバンドルと呼ばれることもあるが、本明細書でいうスタックはバンドルも含む)が好ましく用いられる。この場合、スタックは1つでも複数でもよい。SOFC、および改質器を缶体等の容器の中に収容してモジュール化することができる。   The SOFC may be a single cell, but in practice, a stack in which a plurality of single cells are arranged (in the case of a cylindrical type, sometimes referred to as a bundle, but the stack in this specification includes a bundle) is preferable. Used. In this case, one or more stacks may be used. The SOFC and the reformer can be accommodated in a container such as a can and modularized.

改質反応管は、SOFCから改質反応管の外表面へと直接輻射伝熱可能な位置に配することが好ましい。従って改質反応管とSOFCとの間には実質的に遮蔽物は配置しないこと、つまり改質反応管とSOFCとの間は空隙にすることが好ましい。また、改質反応管とSOFCとの距離は極力短くすることが好ましい。   The reforming reaction tube is preferably arranged at a position where direct heat transfer from the SOFC to the outer surface of the reforming reaction tube is possible. Therefore, it is preferable that a shielding object is not substantially disposed between the reforming reaction tube and the SOFC, that is, a gap is provided between the reforming reaction tube and the SOFC. Moreover, it is preferable to shorten the distance between the reforming reaction tube and the SOFC as much as possible.

各供給ガスは必要に応じて適宜予熱されたうえで改質反応管もしくはSOFCに供給される。   Each supply gas is appropriately preheated as necessary, and then supplied to the reforming reaction tube or the SOFC.

本発明では、いわば、固体酸化物型燃料電池の近傍に設置された多管型改質器の内の一部の管を管状バーナーと置き換える構造とした改質器を用いる。管状バーナーは、例えば片側を封じて側壁面にいくつかの炎穴を開けた管構造とし、その炎穴より炎が吹き出す構造としている。   In the present invention, a reformer having a structure in which a part of the multi-tube reformer installed in the vicinity of the solid oxide fuel cell is replaced with a tubular burner is used. The tubular burner has, for example, a structure in which one side is sealed and several flame holes are formed in the side wall surface, and flame is blown out from the flame holes.

管状バーナーから炎が周囲に出、好ましくは管状バーナーの周囲に平行に設置してある改質反応管が直火と燃焼ガスの熱を受けとることにより、改質反応管が早期に均等に暖められることが可能となる。また、このような改質器を用いる場合、組み合わせる固体酸化物燃料電池の形状は特に問わなくてよく、任意の形状に対応可能となる。本発明においては、任意形状のSOFCに即した形状の改質反応管を用いることができ、それに対し軸方向に平行になるような管状バーナーを用いることが可能である。   A flame comes out from the tubular burner, and the reforming reaction tube, which is preferably installed in parallel around the tubular burner, receives the direct fire and the heat of the combustion gas, so that the reforming reaction tube is warmed evenly at an early stage. It becomes possible. Further, when such a reformer is used, the shape of the solid oxide fuel cell to be combined is not particularly limited, and any shape can be supported. In the present invention, it is possible to use a reforming reaction tube having a shape corresponding to an SOFC having an arbitrary shape, and it is possible to use a tubular burner that is parallel to the axial direction.

〔起動運転〕
・可燃物(管状バーナーの燃料)を気化する場合
灯油などの常温常圧(25℃、0.101MPa)で液状の可燃物を気化したうえで管状バーナーに供給する場合、起動運転においては管状バーナーで燃焼を行う前に、液状可燃物の気化器を液状可燃物を気化可能な温度まで加熱し、液状可燃物を気化することができる。このような場合には、管状バーナーとは別に補助バーナーを設け、補助バーナーで液状可燃物を燃焼してその熱を利用して液状可燃物用気化器を加熱することができる。具体的には、補助バーナーの燃焼ガスを液状可燃物用気化器に導くことができる。
[Start-up operation]
・ When vaporizing combustibles (fuel in tubular burners) When liquid combustibles are vaporized at room temperature and normal pressure (25 ° C, 0.101 MPa) such as kerosene and then supplied to the tubular burner, the tubular burner will be used in start-up operation Prior to combustion, the liquid combustible can be vaporized by heating the liquid combustible vaporizer to a temperature at which the liquid combustible can be vaporized. In such a case, an auxiliary burner can be provided separately from the tubular burner, and the liquid combustible can be heated by using the auxiliary combustor to burn the liquid combustible and heat. Specifically, the combustion gas of the auxiliary burner can be led to the liquid combustible vaporizer.

補助バーナーによって液状可燃物用気化器を加熱し、液状可燃物を気化して燃焼ガス管状バーナーに供給して燃焼させ、その燃焼熱によって改質反応管を加熱できる。改質反応管が改質可能な温度になったら炭化水素系燃料と必要に応じて水蒸気等を改質反応管に供給して改質ガスを製造し、改質ガスをSOFCに供給することができる。   The liquid combustible material vaporizer is heated by the auxiliary burner, the liquid combustible material is vaporized, supplied to the combustion gas tubular burner and burned, and the reforming reaction tube can be heated by the combustion heat. When the reforming reaction tube reaches a reformable temperature, hydrocarbon-based fuel and steam as required are supplied to the reforming reaction tube to produce reformed gas, and the reformed gas is supplied to the SOFC. it can.

なお、炭化水素系燃料や水などの改質反応管への供給物を気化させる必要がある場合、これらを気化する気化器を加熱するためにも補助バーナーの燃焼熱を用いることができる。さらに、炭化水素系燃料や水などの改質反応管への供給物を予熱する場合も、この予熱のために補助バーナーの燃焼熱を利用することができる。管状バーナーで発生し、改質反応管を加熱した後の燃焼ガスを用いて改質反応管への供給物の気化や予熱を行えることもある。   When it is necessary to vaporize the feed to the reforming reaction tube such as hydrocarbon fuel or water, the combustion heat of the auxiliary burner can be used to heat the vaporizer that vaporizes them. Furthermore, when preheating the feed to the reforming reaction tube such as hydrocarbon fuel or water, the combustion heat of the auxiliary burner can be used for this preheating. There are cases where the combustion gas generated in the tubular burner and heated after the reforming reaction tube is used to vaporize or preheat the feed to the reforming reaction tube.

SOFCのアノードから排出されるアノードオフガス(発電を行っていない際には、アノードオフガスは実質的に改質ガスと同じである)を燃焼させた燃焼熱を用いてSOFCを加熱することができる。例えば、SOFCから排出されるアノードオフガスをセル出口で燃焼させることにより、SOFCを加熱することができる。同時に、アノードオフガスのセル出口での燃焼によって改質反応管を加熱することもできる。SOFCのアノード出口近傍に着火のためにイグナイターを適宜設けることができる。あるいはアノードオフガスを間接内部改質型SOFCモジュールの外部に取り出したうえで燃焼させ、その燃焼ガスを間接内部改質型SOFCモジュール内に導いてSOFCを加熱すること、さらには改質反応管を加熱することもできる。   The SOFC can be heated using combustion heat obtained by burning anode off-gas discharged from the anode of the SOFC (when the power generation is not performed, the anode off-gas is substantially the same as the reformed gas). For example, the SOFC can be heated by burning the anode off-gas discharged from the SOFC at the cell outlet. At the same time, the reforming reaction tube can be heated by combustion of the anode off gas at the cell outlet. An igniter can be appropriately provided near the anode outlet of the SOFC for ignition. Alternatively, the anode off gas is taken out of the indirect internal reforming SOFC module and combusted, and the combustion gas is introduced into the indirect internal reforming SOFC module to heat the SOFC, and further the reforming reaction tube is heated. You can also

SOFCが発電可能な温度になったら発電を開始し、発電に伴う発熱によってSOFCを加熱することができる。   When the SOFC reaches a temperature at which power generation is possible, power generation is started, and the SOFC can be heated by heat generated by power generation.

SOFCからの熱によって改質反応管が加熱され、改質に必要な熱がまかなえるようになったら、管状バーナーの燃焼は停止することができる。   When the reforming reaction tube is heated by the heat from the SOFC and the heat necessary for reforming can be provided, the combustion of the tubular burner can be stopped.

・可燃物(管状バーナーの燃料)を気化しない場合
管状バーナーの燃料として用いる可燃物がもともと気体状である場合、この可燃物を気化する必要がない。
・ When the combustible material (fuel of the tubular burner) is not vaporized When the combustible material used as the fuel for the tubular burner is originally in a gaseous state, it is not necessary to vaporize the combustible material.

この場合、起動運転の当初から管状バーナーで燃焼を行うことが可能である。管状バーナーで燃焼を行い、その燃焼ガスによって改質反応管を加熱し、改質反応管が改質可能な温度になったら炭化水素系燃料と水蒸気等を改質反応管に供給して改質ガスを製造し、改質ガスをSOFCに供給することができる。   In this case, it is possible to perform combustion with a tubular burner from the beginning of the starting operation. Combustion is performed with a tubular burner, the reforming reaction tube is heated with the combustion gas, and when the reforming reaction tube reaches a temperature capable of reforming, hydrocarbon fuel and steam are supplied to the reforming reaction tube for reforming. Gas can be produced and reformed gas can be supplied to the SOFC.

なお、炭化水素系燃料や水などの改質反応管への供給物を気化させる必要がある場合、これらを気化する気化器を加熱するために補助バーナーの燃焼熱を用いることができる。さらに、炭化水素系燃料や水などの改質反応管への供給物を予熱する場合も、この予熱のために補助バーナーの燃焼熱を利用することができる。管状バーナーで発生し、改質反応管を加熱した後の燃焼ガスを用いて改質反応管への供給物の気化や予熱を行えることもある。   When it is necessary to vaporize the feed to the reforming reaction tube such as hydrocarbon fuel or water, the combustion heat of the auxiliary burner can be used to heat the vaporizer that vaporizes them. Furthermore, when preheating the feed to the reforming reaction tube such as hydrocarbon fuel or water, the combustion heat of the auxiliary burner can be used for this preheating. There are cases where the combustion gas generated in the tubular burner and heated after the reforming reaction tube is used to vaporize or preheat the feed to the reforming reaction tube.

SOFCの加熱については、上述の可燃物(管状バーナーの燃料)を気化する場合におけるSOFCの加熱と同様に行うことができる。   The heating of the SOFC can be performed in the same manner as the heating of the SOFC in the case where the combustible material (fuel of the tubular burner) is vaporized.

〔通常運転〕
通常運転(定格運転や部分負荷運転)において、何らかの要因により、改質反応に必要な熱が不足した場合、管状バーナーを作動させ、炎孔から吹き出す炎によって改質反応管を加熱することができる。
〔Normal operation〕
In normal operation (rated operation or partial load operation), if the heat required for the reforming reaction is insufficient due to some factor, the tubular reaction burner can be activated and the reforming reaction tube can be heated by the flame blown out from the flame hole. .

管状バーナーの燃料として用いる可燃物を気化する必要がある場合、この可燃物を気化する気化器を、通常運転時に常に加熱される個所に設けておくことができる。例えば、この気化器を間接内部改質型SOFCモジュール内部に設けておくことができる。こうすることで、必要になった際にすぐに可燃物の気化を行うことが可能となる。   When it is necessary to vaporize the combustible material used as the fuel for the tubular burner, a vaporizer for vaporizing the combustible material can be provided at a location that is always heated during normal operation. For example, this vaporizer can be provided inside the indirect internal reforming SOFC module. By doing so, it becomes possible to vaporize combustibles immediately when necessary.

炭化水素系燃料と同種の可燃物を用いる場合には、炭化水素系燃料は気化されたうえで改質反応管に供給されるので、この気化された炭化水素系燃料を分岐して管状バーナーの燃料として用いることもできる。   When using the same type of combustible material as the hydrocarbon fuel, the hydrocarbon fuel is vaporized and then supplied to the reforming reaction tube. Therefore, the vaporized hydrocarbon fuel is branched to form a tubular burner. It can also be used as fuel.

〔実施例1〕
図1に、本発明の間接内部改質型SOFCの例を模式的に示す。ここでは炭化水素系燃料に灯油を用い、灯油を水蒸気改質する。管状バーナーでは気化した灯油を、空気を用いて燃焼させる。
[Example 1]
FIG. 1 schematically shows an example of the indirect internal reforming SOFC of the present invention. Here, kerosene is used as the hydrocarbon fuel, and the kerosene is steam reformed. In a tubular burner, vaporized kerosene is burned using air.

SOFCスタック11から熱輻射を受けることのできる位置に複数の改質反応管1が配される。改質反応管は直管かつ単管であり、内部に水蒸気改質触媒が充填された触媒層を有する。改質反応管の一端(紙面右端)から予め気化された灯油と水蒸気が供給され、他端(紙面左端)から改質ガスが排出される。改質ガスは不図示の配管によってSOFCのアノードに供給される。   A plurality of reforming reaction tubes 1 are arranged at positions where heat radiation can be received from the SOFC stack 11. The reforming reaction tube is a straight tube and a single tube, and has a catalyst layer filled with a steam reforming catalyst. Kerosene and water vapor previously vaporized are supplied from one end (right end of the paper) of the reforming reaction tube, and the reformed gas is discharged from the other end (left end of the paper). The reformed gas is supplied to the SOFC anode through a pipe (not shown).

複数の管状バーナー2には、予め気化された灯油と空気が供給される。管状バーナーは一端(紙面左端)が閉じられ、その側壁には軸方向に複数の炎孔4が設けられている。また、周方向にも複数の炎孔が設けられ、隣接する複数の改質反応管に向けて炎を吹き出すことが可能になっている。   The plurality of tubular burners 2 are supplied with pre-vaporized kerosene and air. The tubular burner is closed at one end (the left end on the paper surface), and a plurality of flame holes 4 are provided in the axial direction on the side wall. Also, a plurality of flame holes are provided in the circumferential direction, and flames can be blown out toward a plurality of adjacent reforming reaction tubes.

本例では、管(改質反応管と管状バーナー)が互いに平行に二列に並べられ、SOFCスタックに近い側の管列が改質反応管のみで構成され、遠い側の管列の一部が管状バーナーとされた構造となっている。遠い側の管列において、管状バーナーは反応管に挟まれる位置に設けられている。   In this example, the tubes (reforming reaction tubes and tubular burners) are arranged in two rows parallel to each other, the tube row closer to the SOFC stack is composed of only the reforming reaction tubes, and part of the far side tube row Has a structure that is a tubular burner. In the tube row on the far side, the tubular burner is provided at a position sandwiched between the reaction tubes.

また、改質ガスの流れ方向と、可燃物の流れ方向とが同じ方向とされる。   Further, the flow direction of the reformed gas and the flow direction of the combustible material are the same direction.

改質反応管1、管状バーナー2およびSOFCスタック11は、不図示の容器(モジュール容器)に収められモジュール化されている。   The reforming reaction tube 1, the tubular burner 2, and the SOFC stack 11 are housed in a container (module container) (not shown) and modularized.

また、灯油を気化する灯油気化器、気化した灯油を予熱して改質反応管に供給するための灯油予熱器、水を気化させる水気化器、および水気化器で発生した水蒸気を予熱して改質反応管に供給するための水蒸気予熱器、空気極に供給される空気を予熱する空気予熱器(いずれも不図示)もモジュール容器内に設けられ、SOFCから輻射熱によって加熱され、所望の気化および予熱が可能となっている。   In addition, a kerosene vaporizer that vaporizes kerosene, a kerosene preheater that preheats vaporized kerosene and supplies it to the reforming reaction tube, a water vaporizer that vaporizes water, and water vapor generated in the water vaporizer is preheated. A steam preheater for supplying to the reforming reaction tube and an air preheater (both not shown) for preheating the air supplied to the air electrode are also provided in the module container and heated by radiant heat from the SOFC to achieve the desired vaporization. And preheating is possible.

通常運転時においては、SOFCから改質反応管に熱輻射によって熱が供給される。また、SOFCのアノードから排出されるアノードオフガスが、SOFCのセル出口近傍で燃焼し、その燃焼熱によって改質反応管が加熱されてもよい。このようにSOFCから供給される熱によって、水蒸気改質反応に必要な熱がまかなわれる場合、管状バーナー2における燃焼は不要である。   During normal operation, heat is supplied from the SOFC to the reforming reaction tube by heat radiation. Further, the anode off gas discharged from the SOFC anode may burn near the SOFC cell outlet, and the reforming reaction tube may be heated by the combustion heat. Thus, when the heat required for the steam reforming reaction is provided by the heat supplied from the SOFC, combustion in the tubular burner 2 is unnecessary.

起動の際には不図示の補助バーナーの燃焼ガスを灯油気化器、灯油予熱器、水気化器および水蒸気予熱器に導き、これらを加熱する。灯油気化器が灯油を気化できる温度になったら灯油気化器に灯油を導いて灯油を気化し、気化した灯油と空気を管状バーナーに導き、炎孔4から炎を吹き出しつつ燃焼を行って改質反応管1を加熱する。   When starting up, combustion gas of an auxiliary burner (not shown) is led to a kerosene vaporizer, a kerosene preheater, a water vaporizer, and a steam preheater to heat them. When the kerosene vaporizer reaches the temperature at which kerosene can be vaporized, the kerosene is introduced into the kerosene vaporizer, the kerosene is vaporized, the vaporized kerosene and air are guided to the tubular burner, and combustion is performed while blowing out the flame from the flame hole 4 for reforming. The reaction tube 1 is heated.

なお、灯油気化器に供給される灯油を、予め脱硫することができる。   The kerosene supplied to the kerosene vaporizer can be desulfurized in advance.

改質反応管が改質可能な温度になり(改質触媒が活性が発現する温度になり)、灯油予熱器、水気化器、水蒸気予熱器が所望の温度になったら、予熱された気化灯油(灯油気化器および灯油予熱器を経た灯油)と予熱された水蒸気(水気化器および水蒸気予熱器を経た水蒸気)とを改質反応管に導く。炎孔4からの炎による改質反応管の加熱を継続し、改質反応管で改質ガスを製造する。   When the reforming reaction tube reaches a temperature at which reforming can be performed (the temperature at which the reforming catalyst becomes active) and the kerosene preheater, water vaporizer, and steam preheater reach the desired temperature, preheated vaporized kerosene (Kerose through the kerosene vaporizer and kerosene preheater) and preheated steam (steam through the water vaporizer and steam preheater) are introduced into the reforming reaction tube. The heating of the reforming reaction tube by the flame from the flame hole 4 is continued, and the reformed gas is produced in the reforming reaction tube.

改質ガスをSOFCに導き、SOFCのセルのアノード出口から改質ガスが排出されたら、イグナイター(不図示)を用いてこれに着火する。アノード出口近傍にて改質ガスが燃焼し、SOFCが加熱される。   The reformed gas is guided to the SOFC, and when the reformed gas is discharged from the anode outlet of the SOFC cell, it is ignited using an igniter (not shown). The reformed gas burns near the anode outlet, and the SOFC is heated.

SOFCが所望の温度になったら、発電を開始できる。SOFCカソードに供給する空気は、補助バーナーで発生する熱やSOFCから排出されるガスが保有する熱によって適宜予熱できる。必要に応じて発電に伴う発熱によってSOFCをさらに加熱し、通常運転可能となる。   When the SOFC reaches the desired temperature, power generation can be started. The air supplied to the SOFC cathode can be appropriately preheated by the heat generated by the auxiliary burner or the heat held by the gas discharged from the SOFC. If necessary, the SOFC is further heated by the heat generated by power generation, and normal operation becomes possible.

通常運転時に、何らかの要因で改質反応管(改質触媒)の温度が低下した場合、灯油気化器から気化灯油を管状バーナーに供給し、空気を用いて燃焼を行い、改質反応管を加熱する。灯油気化器は間接内部改質型SOFCモジュールの内部にあるので加熱されており、必要に応じてすぐに気化灯油を管状バーナーに供給することができる。   During normal operation, if the temperature of the reforming reaction tube (reforming catalyst) decreases due to some factor, vaporized kerosene is supplied from the kerosene vaporizer to the tubular burner, burned using air, and the reforming reaction tube is heated. To do. The kerosene vaporizer is heated because it is inside the indirect internal reforming SOFC module, and vaporized kerosene can be supplied to the tubular burner as needed.

〔実施例2〕
図2に本発明の間接内部改質型SOFCの別の例を示す。本例では、改質ガスの流れと可燃物(管状バーナー燃料)の流れが逆向きである。管状バーナー2の燃料となる気化灯油が紙面左から右に向かって管状バーナーの中を流れる。これ以外は図1に示した例と同様である。実施例1および2に示すように、燃焼ガス発生用バーナーの位置を選ぶことができるので、他の不図示の機器の配置設計の自由度が高い。
[Example 2]
FIG. 2 shows another example of the indirect internal reforming SOFC of the present invention. In this example, the flow of reformed gas and the flow of combustible material (tubular burner fuel) are opposite. The vaporized kerosene serving as fuel for the tubular burner 2 flows through the tubular burner from the left to the right of the page. The rest is the same as the example shown in FIG. As shown in the first and second embodiments, since the position of the combustion gas generating burner can be selected, the degree of freedom in the layout design of other devices not shown is high.

〔実施例3〕
図3に本発明の間接内部改質型SOFCのさらに別の例を示す。管列が3列あり、中間の管列の一部が管状バーナーとされ、残りの管は改質反応管とされる。図1の例に、紙面上方に一列の管列を追加した構造となっている。紙面上方の管列に向かって炎が吹き出されるよう、管状バーナーに炎孔が追加されている。これ以外は図1に示した例と同様である。実施例1および3に示すように、管列の数を変更することができるため、改質触媒量の設計に自由度が増すことが期待される。
Example 3
FIG. 3 shows still another example of the indirect internal reforming SOFC of the present invention. There are three tube rows, a part of the middle tube row is a tubular burner, and the remaining tubes are reforming reaction tubes. In the example of FIG. 1, a structure in which one row of tube rows is added above the plane of the drawing. A flame hole is added to the tubular burner so that the flame is blown out toward the tube row above the paper surface. The rest is the same as the example shown in FIG. As shown in Examples 1 and 3, since the number of tube rows can be changed, it is expected that the degree of freedom in designing the amount of reforming catalyst is increased.

〔実施例4〕
図4に本発明の間接内部改質型SOFCのさらに別の例を示す。図3に示した例とは、改質ガスの流れと可燃物(管状バーナー燃料)の流れが逆向きである。管状バーナー2の燃料となる気化灯油が紙面左から右に向かって管状バーナーの中を流れる。これ以外は図3に示した例と同様である。
Example 4
FIG. 4 shows still another example of the indirect internal reforming SOFC of the present invention. In the example shown in FIG. 3, the flow of the reformed gas and the flow of the combustible material (tubular burner fuel) are opposite to each other. The vaporized kerosene serving as fuel for the tubular burner 2 flows through the tubular burner from the left to the right of the page. The rest is the same as the example shown in FIG.

本発明の間接内部改質型SOFCは、例えば定置用もしくは移動体用の発電システムに、またコージェネレーションシステムに利用できる。本発明の改質器は、このような間接内部改質型SOFCに好適に利用できる。   The indirect internal reforming SOFC of the present invention can be used for, for example, a stationary or moving power generation system and a cogeneration system. The reformer of the present invention can be suitably used for such an indirect internal reforming SOFC.

本発明の間接内部改質型SOFCの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the indirect internal reforming SOFC of the present invention. 本発明の間接内部改質型SOFCの別の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another example of the indirect internal reforming type | mold SOFC of this invention. 本発明の間接内部改質型SOFCの別の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another example of the indirect internal reforming type | mold SOFC of this invention. 本発明の間接内部改質型SOFCの別の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another example of the indirect internal reforming type | mold SOFC of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 改質反応管
2 管状バーナー
4 炎孔
11 SOFC
1 reforming reaction tube 2 tubular burner 4 flame hole 11 SOFC

Claims (4)

分子中に炭素と水素を含む燃料を改質する改質反応管と、
管壁に複数の炎孔が設けられた管状バーナーと、
該改質反応管から得られる改質ガスを用いて発電する固体酸化物形燃料電池を有し、
該管状バーナーが、該炎孔から吹き出す炎からの輻射熱および/または燃焼ガスが該改質反応管に当たる位置に配置され、
該改質反応管が固体酸化物形燃料電池から熱輻射を受ける位置に配された
間接内部改質型固体酸化物形燃料電池。
A reforming reaction tube for reforming a fuel containing carbon and hydrogen in the molecule ;
A tubular burner with a plurality of flame holes in the tube wall;
A solid oxide fuel cell that generates power using the reformed gas obtained from the reforming reaction tube;
Tubular burner, radiant heat and / or combustion gases from the flame blown out from said inflammatory holes are arranged in a position corresponding to the reforming reaction tube,
An indirect internal reforming solid oxide fuel cell in which the reforming reaction tube is disposed at a position where it receives heat radiation from the solid oxide fuel cell.
前記改質反応管が、分子中に炭素と水素を含む燃料を水蒸気改質する水蒸気改質能を有する触媒を収容する請求項1記載の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池The indirect internal reforming solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the reforming reaction tube contains a catalyst having a steam reforming ability for steam reforming a fuel containing carbon and hydrogen in a molecule . 前記改質反応管と管状バーナーがいずれも直管であり、
該改質反応管を複数有し、
該改質反応管および管状バーナーが互いに平行に配置された請求項1または2記載の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池
The reforming reaction tube and the tubular burner are both straight tubes,
A plurality of the reforming reaction tubes;
The indirect internal reforming solid oxide fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the reforming reaction tube and the tubular burner are arranged in parallel to each other.
請求項1〜3のいずれかに記載の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池を起動する方法であって、A method for starting an indirect internal reforming solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
前記管状バーナーで燃焼を行い、前記炎孔から吹き出す炎からの輻射熱および/または燃焼ガスを前記改質反応管に当てることによって、改質反応管を加熱する工程、  A step of heating the reforming reaction tube by performing combustion in the tubular burner and applying radiant heat and / or combustion gas from a flame blown out of the flame hole to the reforming reaction tube;
改質反応管が改質可能な温度になったら、分子中に炭素と水素を含む燃料を改質反応管に供給して改質ガスを製造し、改質ガスを前記固体酸化物形燃料電池に供給する工程、  When the reforming reaction tube reaches a reformable temperature, fuel containing carbon and hydrogen in the molecule is supplied to the reforming reaction tube to produce reformed gas, and the reformed gas is used as the solid oxide fuel cell. The process of supplying to
固体酸化物形燃料電池が発電可能な温度になったら発電を開始し、発電に伴う発熱によって固体酸化物形燃料電池を加熱する工程、および、  Starting the power generation when the solid oxide fuel cell reaches a temperature capable of generating power, and heating the solid oxide fuel cell by heat generated by the power generation; and
固体酸化物形燃料電池からの熱によって改質反応管が加熱され、改質に必要な熱がまかなえるようになったら、前記管状バーナーの燃焼を停止する工程  A step of stopping combustion of the tubular burner when the reforming reaction tube is heated by the heat from the solid oxide fuel cell and the heat necessary for reforming can be provided
を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池の起動方法。A method for starting an indirect internal reforming solid oxide fuel cell comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105873854B (en) 2013-11-06 2019-02-05 瓦特燃料电池公司 Use perovskite as the reformer of its structural constituent
US9627699B2 (en) * 2013-11-06 2017-04-18 Watt Fuel Cell Corp. Gaseous fuel CPOX reformers and methods of CPOX reforming
KR101796509B1 (en) * 2013-11-06 2017-12-01 와트 퓨얼 셀 코퍼레이션 Liquid fuel cpox reformers and methods of cpox reforming
KR101832864B1 (en) 2013-11-06 2018-02-27 와트 퓨얼 셀 코퍼레이션 Chemical reactor with manifold for management of a flow of gaseous reaction medium thereto
MX2017010640A (en) 2015-03-16 2017-11-16 WATT Fuel Cell Corp Centrifugal blower system with internal gas mixing and gas phase chemical reactor incorporating same.
KR101895927B1 (en) * 2017-03-10 2018-09-10 (주)신넥앤테크 The reformer of PEMFC
JP6543752B1 (en) * 2018-07-12 2019-07-10 日本碍子株式会社 Electrochemical cell and cell stack device

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4812373A (en) * 1986-04-16 1989-03-14 Westinghouse Electric Corp. Fuel feed arrangement for a fuel cell generator
JPH0755803B2 (en) * 1989-09-22 1995-06-14 日本碍子株式会社 Fuel reformer for fuel cell system
JPH06219705A (en) * 1993-01-22 1994-08-09 Mitsubishi Electric Corp Fuel reformer
JPH08188784A (en) * 1995-01-06 1996-07-23 Nippon Steel Corp Reforming of fuel for heating furnace
JPH10160118A (en) * 1996-11-29 1998-06-19 Tokyo Gas Co Ltd Fluid bed heating burner and fluid bed combustion device
JP3924407B2 (en) * 1999-10-13 2007-06-06 株式会社日立製作所 Fuel reformer and fuel cell system
JP4797352B2 (en) * 2004-09-17 2011-10-19 三菱マテリアル株式会社 Solid oxide fuel cell
WO2006034103A1 (en) * 2004-09-21 2006-03-30 Worcester Polytechic Institute Reactor and process for steam reforming
JP4942292B2 (en) * 2004-10-15 2012-05-30 東京瓦斯株式会社 Power generator

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