JPH04188567A - Power generation device of fuel cell with molten carbonate - Google Patents

Power generation device of fuel cell with molten carbonate

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JPH04188567A
JPH04188567A JP2314333A JP31433390A JPH04188567A JP H04188567 A JPH04188567 A JP H04188567A JP 2314333 A JP2314333 A JP 2314333A JP 31433390 A JP31433390 A JP 31433390A JP H04188567 A JPH04188567 A JP H04188567A
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fuel
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宏吉 上松
Satoshi Hatori
聡 羽鳥
Kazunori Kobayashi
和典 小林
Shoichi Kaneko
彰一 金子
Kenichi Shinozaki
憲一 篠崎
Shigeto Nakagawa
中川 重人
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Osaka Gas Co Ltd
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Tokyo Gas Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To enhance the rate of fuel utilization as a whole by removing the fuel cell reaction heat through heat absorption with the indirect internal modification action in each fuel cell. CONSTITUTION:Aa plurality of molten carbonate fuel cells of indirect internal modification type are arranged and connected serially, and a modification crude gas supply line is furnished so as to supply the modification crude gas to a modifying chamber 5a of an external modifier 5 via a modifying chamber 4 in a fuel cell or cells situated upstream and a one 4 in a fuel cell or cells situated downstream. The outlet from the modifying chamber 5a of the external modifier 5 is connected with the inlet to the anode 3 of fuel cell upstream, and the outlets from the anode 3 and cathode 2 of fuel cell downstream are connected with the inlet to the combustion gas chamber 5b of the modifier 5 through a catalyst combustor 11. Thereby the heat generated through cell reaction per fuel cell can be removed with modification reactions due to heat absorption in modifying chamber and sensible heat of the cathode exhaust gas. This leads to enhancement of the rate of fuel utilization as a whole.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネル
ギーに変換させるエネルギ一部門で用いる燃料電池の発
電装置のうち、特に、溶融炭酸塩型燃料電池発電装置に
関するものである。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention is particularly applicable to molten carbonate fuel cells among fuel cell power generation devices used in the energy sector that directly converts the chemical energy of fuel into electrical energy. This relates to power generation equipment.

[従来の技術] 溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質として溶融炭酸塩を多
孔質物質にしみ込ませてなる電解質板を、カソード(酸
素極)とアノード(燃料極)の両電極で両面から挟み、
カソード側には酸化ガスを供給すると共にアノード側に
燃料ガスを供給することによりカソード側とアノード側
でそれぞれ反応を行わせるようにして発電が行われるよ
うにしたものを1セルとし、各セルをセパレータを介し
て多層に積層してスタックとするようにしである。
[Prior Art] Molten carbonate fuel cells sandwich an electrolyte plate, which is made by impregnating a porous material with molten carbonate as an electrolyte, between two electrodes: a cathode (oxygen electrode) and an anode (fuel electrode).
One cell is a cell in which power is generated by supplying oxidizing gas to the cathode side and fuel gas to the anode side so that reactions occur on both the cathode side and the anode side. This is done by laminating multiple layers with separators in between to form a stack.

かかる溶融炭酸塩型燃料電池のアノードに供給される燃
料ガスは、燃料として天然ガスが用いられる場合は天然
ガスを改質器で改質したものが用いられている。この天
然ガスの如き改質原料ガスを改質する改質器としては、
改質用触媒を充填した改質室とそれと伝熱隔壁を介して
配置された燃焼ガス室と燃焼用触媒を充填した触媒燃焼
器とから構成され、触媒燃焼器で生じた燃焼熱を伝熱隔
壁を介し改質室側に吸熱させ、改質室での吸熱反応によ
り改質原料ガスを改質するようにしである外部改質器の
ほかに、改質用触媒を充填した改質室を、燃料電池のス
タックの数セルごとに挿入配置し、電池反応により生じ
た熱を吸熱して改質原料ガスを改質し、その燃料ガスを
各セルのアノードに供給するようにしである間接内部改
質器がある。
When natural gas is used as the fuel, the fuel gas supplied to the anode of such a molten carbonate fuel cell is one obtained by reforming natural gas in a reformer. As a reformer for reforming raw material gas such as natural gas,
Consisting of a reforming chamber filled with a reforming catalyst, a combustion gas chamber placed between the reforming chamber and a heat transfer partition, and a catalytic combustor filled with a combustion catalyst, the combustion heat generated in the catalytic combustor is transferred. In addition to the external reformer, which absorbs heat into the reforming chamber side through a partition wall and reforms the reforming raw material gas through an endothermic reaction in the reforming chamber, we also have a reforming chamber filled with a reforming catalyst. , an indirect internal structure that is inserted every few cells in a fuel cell stack, absorbs the heat generated by the cell reaction to reform the reforming raw material gas, and supplies the fuel gas to the anode of each cell. There is a reformer.

上記外部改質器と間接内部改質器とを組み合わせた従来
の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置としては、第6図に概
要を示す如く、電解質板1をカソード2とアノード3の
両電極で両面から挟み、カソード2側に酸化ガスを供給
すると共にアノード3側に燃料ガスを供給するようにし
であるセルをセパレータを介し積層して構成するスタッ
クの数セルごとに、改質用触媒が充填してあって改質原
料ガスが一端側から流入して   □改質用触媒と接触
した後他端側から排出されるようにしである改質室4を
挿入配置した構成の間接内部改質型燃料電池Iと、触媒
燃焼器11と、改質室5aと燃焼ガス室5bとを伝熱隔
壁を介して配置してなる外部改質器5とを設置し、改質
原料ガスとしての天然ガスNGが、天然ガス供給ライン
6上の脱硫器7で脱硫された後、蒸気供給ライン29に
より供給された過熱蒸気と共に天然ガス予熱器8を経て
燃料電池Iの改質室4に供給され、該改質室4で燃料電
池Iでの反応により生じた熱を吸熱して一部の改質が行
われた後、外部式の改質器5の改質室5aに供給される
ようにし、該改質器5の改質室5aで改質された燃料ガ
スFGが燃料電池Iのアノード3に供給されるよう該ア
ノード3の入口側に燃料ガス供給ライン9を接続し、更
に、アノード3から排出されたアノード排ガスが改質器
5の燃焼ガス室5bヘアノード排ガスラインlOにて触
媒燃焼器11を経て供給されるようにする。一方、燃料
電池Iのカソード2に供給する酸化ガスとしての空気A
は、フィルタ12を通り、空気供給ライン13上の空気
ブロワ14で加圧された後、上記改質器5の燃焼ガス室
5b出口側に接続された燃焼排ガスライン15中の燃焼
排ガスと空気予熱器I6て熱交換して加熱されて上記カ
ソード2に供給されるようにし、該カソード2から排8
されたカソード排ガスは、カソード排ガスライン17よ
り一部はリサイクルライン18、リサイクル用ガスブロ
ワ19を経て空気供給ライン13を通しカソード2にリ
サイクルさせられるようにし、又、カソード排ガスの一
部は出口分岐ライン20より上記触媒燃焼器11を経て
上記改質器5の燃焼ガス室5bへ導入させるようにする
と共に、残りのカソード排ガスをカソード排ガスライン
17より蒸気過熱器21、蒸気発生器22、改質用蒸気
発生器23を経て大気へ放出させるようにしである。又
、上記空気の予熱に供した改質器5の燃焼ガス室5hか
らの燃焼排ガスは、凝縮器30を通して気液分離器24
へ導くようにし、該気液分離器24には、上水H,0を
水処理装置25で処理して供給するようにしてあって、
気液分離器24で分離された水は、上水H20と共に給
水ポンプ26で加圧され水処理装置27を経て上記蒸気
発生器22、改質用蒸気発生器23へ導かれるようにし
、且つ上記蒸気発生器22で発生した水蒸気は水蒸気回
収ライン28より回収できるようにすると共に、上記改
質用蒸気発生器23て発生した水蒸気は蒸気過熱器21
で過熱されて水蒸気ライン29より天然カス供給ライン
6に導くようにし、又、余剰の改質用蒸気は改質器5の
燃焼ガス室5bからの燃焼排ガスと共に凝縮器30に導
かれ、凝縮するようにしである。
In a conventional molten carbonate fuel cell power generation device that combines the above-mentioned external reformer and indirect internal reformer, as shown in the outline in FIG. A reforming catalyst is filled in every few cells of a stack consisting of stacked cells sandwiched from both sides with a separator in between so as to supply oxidizing gas to the cathode 2 side and supply fuel gas to the anode 3 side. An indirect internal reforming type in which a reforming chamber 4 is inserted so that the reforming raw material gas flows in from one end and is discharged from the other end after contacting the reforming catalyst. A fuel cell I, a catalytic combustor 11, and an external reformer 5 in which a reforming chamber 5a and a combustion gas chamber 5b are arranged via a heat transfer partition wall are installed, and natural gas as a reforming raw material gas is installed. After NG is desulfurized by the desulfurizer 7 on the natural gas supply line 6, it is supplied to the reforming chamber 4 of the fuel cell I through the natural gas preheater 8 together with superheated steam supplied from the steam supply line 29. After some reforming is performed by absorbing the heat generated by the reaction in the fuel cell I in the reforming chamber 4, the reforming chamber 4 is supplied to the reforming chamber 5a of the external reformer 5. A fuel gas supply line 9 is connected to the inlet side of the anode 3 of the fuel cell I so that the fuel gas FG reformed in the reforming chamber 5a of the reformer 5 is supplied to the anode 3 of the fuel cell I. The discharged anode exhaust gas is supplied to the combustion gas chamber 5b of the reformer 5 via the catalytic combustor 11 in the hair node exhaust gas line lO. On the other hand, air A as an oxidizing gas supplied to the cathode 2 of the fuel cell I
After passing through the filter 12 and being pressurized by the air blower 14 on the air supply line 13, the combustion exhaust gas and air preheat in the combustion exhaust gas line 15 connected to the combustion gas chamber 5b outlet side of the reformer 5. The vessel I6 exchanges heat and is heated and supplied to the cathode 2, and the discharged water from the cathode 2 is
A portion of the cathode exhaust gas is recycled from the cathode exhaust gas line 17 to the cathode 2 via a recycle line 18, a recycling gas blower 19, and an air supply line 13, and a portion of the cathode exhaust gas is recycled to the cathode 2 via an outlet branch line. 20 to the combustion gas chamber 5b of the reformer 5 via the catalytic combustor 11, and the remaining cathode exhaust gas is introduced from the cathode exhaust gas line 17 to the steam superheater 21, the steam generator 22, and for reforming. The steam is discharged into the atmosphere through a steam generator 23. Further, the combustion exhaust gas from the combustion gas chamber 5h of the reformer 5 used for preheating the air is passed through the condenser 30 to the gas-liquid separator 24.
The gas-liquid separator 24 is treated with clean water H,0 by a water treatment device 25 and supplied to the gas-liquid separator 24.
The water separated in the gas-liquid separator 24 is pressurized with the water supply pump 26 together with the clean water H20, and is led to the steam generator 22 and the reforming steam generator 23 through the water treatment device 27, and The steam generated in the steam generator 22 can be recovered from the steam recovery line 28, and the steam generated in the reforming steam generator 23 can be collected in the steam superheater 21.
The excess reforming steam is led to the condenser 30 together with the combustion exhaust gas from the combustion gas chamber 5b of the reformer 5 and condensed. That's how it is.

上記した間接内部改質型の燃料電池の場合は、燃ネ・1
電池Iの電池反応により発生した熱が、改質室4の吸熱
による改質作用によって除熱されると同時に、カソード
排ガスの顕熱によって除熱されるため、内部改質室4の
ない燃料電池の場合に比して電池の除熱のためのガス量
を少なくすることができる。
In the case of the above-mentioned indirect internal reforming type fuel cell, fuel
In the case of a fuel cell without an internal reforming chamber 4, the heat generated by the cell reaction in the cell I is removed by the endothermic reforming action of the reforming chamber 4, and at the same time by the sensible heat of the cathode exhaust gas. The amount of gas needed to remove heat from the battery can be reduced compared to the previous model.

[発明が解決しようとする課題] ところが、第6図に示した従来の溶融炭酸塩型燃料電池
発電装置において、発電システムの送電端効率を高める
ためには、アノード3での燃料利用率を高める必要かあ
るか、電池のセル積層方向では第4図にボず如く、各段
のセルの流量か必ずしも均一になるわけではなく、又、
1セル而内でも第5図に示す如く、電極面積が大きくな
ると燃料の流量配分が不均一になることがある。セルに
流す流量が少ないほど流量配分の不均一は生しやすい。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional molten carbonate fuel cell power generation device shown in FIG. Is it necessary? In the cell stacking direction of the battery, as shown in Figure 4, the flow rate of cells in each stage is not necessarily uniform, and
Even within one cell, as shown in FIG. 5, if the electrode area becomes large, the fuel flow rate distribution may become uneven. The smaller the flow rate flowing through the cell, the more likely it is that non-uniform flow distribution will occur.

それらの流量不均一は、燃料利用率の高い条件ではセル
の一部分に燃料不足を生じさせ、電圧低下の原因となる
These non-uniform flow rates cause a fuel shortage in a portion of the cell under conditions of high fuel utilization, causing a voltage drop.

したがって、従来、電池を安定した状態で運転しようと
すると、燃料利用率を成る値以下にしなければならなか
った。しかも、従来の発電装置では、電池の発熱を改質
室4での吸熱による改質反応とカソード排ガスの顕熱に
よる冷却作用によって除熱するようにしであるため、燃
料電池に供給するガスは除熱量の関係から燃料電池に流
すガス量は少なく、C02,0□の利用率から決まる最
小流量となると共に、電池のセルスタックを複数と考え
た場合、従来の燃料電池は並列配置となるため、電池セ
ルを通過するガス量を多くすることができず、これにf
半い、電池の入口側と出口側の温度差が大きくなって電
池セルの入口側温度を余り高くすることかできなくなり
、電池運転温度をあげることができないで、発電効率を
向上させることができない。
Therefore, conventionally, in order to operate a battery in a stable state, the fuel utilization rate had to be lower than a certain value. Moreover, in conventional power generation devices, the heat generated by the battery is removed by the reforming reaction due to endothermic absorption in the reforming chamber 4 and the cooling effect due to the sensible heat of the cathode exhaust gas, so the gas supplied to the fuel cell is removed. Due to the amount of heat, the amount of gas flowing into the fuel cell is small, and the minimum flow rate is determined by the utilization rate of C02,0□.When considering multiple cell stacks, conventional fuel cells are arranged in parallel. It is not possible to increase the amount of gas passing through the battery cells, and
However, the temperature difference between the inlet and outlet sides of the battery becomes large, making it impossible to increase the temperature at the inlet side of the battery cell, making it impossible to raise the battery operating temperature and improving power generation efficiency. .

又、電池セルの入口側温度を高くできないことからアノ
ード入[−1において炭素析出の懸念があり、これを防
止するためにS/C比(水蒸気/炭素モル比)を小さく
することができず、電池入ロ温度570°C程度で通常
S/C=3程度が採用されているのが実状である。
In addition, since the temperature on the inlet side of the battery cell cannot be raised, there is a concern that carbon precipitation will occur at the anode entrance [-1], and it is not possible to reduce the S/C ratio (steam/carbon molar ratio) to prevent this. In reality, S/C=about 3 is normally adopted at a battery insertion temperature of about 570°C.

上記炭素析出を防止する目的で、セルの運転温度が低い
ままアノードの供給ガス温度だけを高くして、アノード
入口温度を高くしようとしても、第7図に示す如く、セ
ル内でカソード側の低温ガスにより冷却されて直ちに温
度が下がるので、炭素析出の問題が残って余り効果がな
いと同時に、入1]でアノード、カソード間の温度差が
大きくなり、熱応力的に問題となる。
Even if an attempt is made to raise the anode inlet temperature by increasing only the anode supply gas temperature while the cell operating temperature is low in order to prevent the above-mentioned carbon precipitation, as shown in Figure 7, the low temperature on the cathode side in the cell Since the temperature drops immediately after being cooled by the gas, the problem of carbon precipitation remains and is not very effective.At the same time, the temperature difference between the anode and the cathode becomes large at the time of input 1, which causes a problem in terms of thermal stress.

そこで、本発明は、燃料電池発電装置におけるワンパス
の燃料利用率が低くてもトータルとしての燃料利用率を
向上させて送電端効率を高められるようにすると共に、
燃料の流量配分を改善できるようにし、又、電池セルの
運転温度を高くしてセルの効率を向1−させ、且っS/
Cを低くすることができるようにしようとするものであ
る。
Therefore, the present invention improves the total fuel utilization rate even if the one-pass fuel utilization rate in a fuel cell power generation device is low, and increases the transmission end efficiency.
The fuel flow distribution can be improved, and the operating temperature of the battery cell can be increased to improve the efficiency of the cell.
The purpose is to make it possible to lower C.

「課題を解決するための手段] 本発明は、上記課題を解決するために、間接内部改質型
の溶融炭酸塩型燃料電池を複数個配置して直列に接続し
、改質原料ガスを、上流側の燃料電池における改質室、
下流側の燃料電池における改質室を経て外部改質器の改
質室に供給するよう改質原料ガス供給ラインを設けると
共に、上記改質器の改質室の出口側を上流側の燃料電池
のアノード入口側に接続し、且つ下流側の燃料電池のア
ノードとカソードの各出口側を触媒燃焼器を介して上記
改質器の燃焼ガス室入口側に接続してなる構成とする。
"Means for Solving the Problems" In order to solve the above problems, the present invention arranges a plurality of indirect internal reforming molten carbonate fuel cells and connects them in series, and converts the reforming raw material gas into reforming chamber in the upstream fuel cell,
A reforming raw material gas supply line is provided to supply the reforming chamber of the external reformer through the reforming chamber of the downstream fuel cell, and the outlet side of the reforming chamber of the reformer is connected to the upstream fuel cell. The anode inlet side of the reformer is connected to the anode inlet side of the reformer, and the outlet sides of the anode and cathode of the downstream fuel cell are connected to the combustion gas chamber inlet side of the reformer via a catalytic combustor.

又、外部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池と間接内部改質
型の溶融炭酸塩型燃料電池を配置して直列に接続し、間
接内部改質型の燃料電池を上流側又は下流側として、改
質原料ガスを該間接内部改質型の燃料電池における改質
室を通して外部改質器の改質室に供給するよう改質原料
ガス供給ラインを設けると共に、上記改質器の改質室の
出口側を上流側の燃料電池のアノード入口側に接続し、
且つ下流側の燃料電池のアノードとカソードの各出口側
を触媒燃焼器を介して上記改質器の燃焼ガス室入口側に
接続してなる構成としてもよい。
Alternatively, an external reforming type molten carbonate fuel cell and an indirect internal reforming type molten carbonate fuel cell may be arranged and connected in series, with the indirect internal reforming type fuel cell serving as the upstream or downstream side. , a reforming material gas supply line is provided to supply the reforming material gas to the reforming chamber of the external reformer through the reforming chamber of the indirect internal reforming type fuel cell; Connect the outlet side of the fuel cell to the anode inlet side of the upstream fuel cell,
In addition, a configuration may be adopted in which the outlet sides of the anode and cathode of the downstream fuel cell are connected to the combustion gas chamber inlet side of the reformer via a catalytic combustor.

「作   用コ 間接内部改質型の燃料電池を複数個直列に接続すると、
各燃料電池ごとに電池反応により発生した熱を、カソー
ド排ガスの顕熱と改質室での吸熱による改質反応により
除熱できるので、各燃料電池に流すガス量は少なくでき
るが、複数の燃料電池を全体として考えた場合、必要な
CO2,02量は一定であるので、燃料電池を直列に接
続した場合は、複数の燃料電池を並列に接続して個々の
燃料電池に流しているガス量のトータルガス量と同し量
を上流側の燃料電池に流すことが必要となる。これによ
りアノードを通過するガス量が多くなってガスの流量配
分が改善されると共に、電池入口と出口の温度差を小さ
くすることができて電池入口温度を高くすることができ
、これに伴い電池運転温度を高くできて発電効率を向上
でき、又、電池入口温度を高くすることができると、炭
素析出条件を緩和できるので、S/Cを小さくすること
ができて、アノードでの燃料濃度が高まり、システムの
効率を高めることができる。且つS/Cの低下により蒸
気消費量が減るので回収蒸気量が増大する。又、複数個
の燃料電池を直列に接続しているので、上流側の燃料電
池のアノードでは燃料利用率が低くても未利用の燃料は
下流側の燃料電池のアノードで利用されるので、トータ
ルとしての燃料利用率を高めることができる。
``When multiple indirect internal reforming fuel cells are connected in series,
The heat generated by the cell reaction for each fuel cell can be removed by a reforming reaction based on the sensible heat of the cathode exhaust gas and heat absorption in the reforming chamber, so the amount of gas flowing to each fuel cell can be reduced. Considering the battery as a whole, the required amount of CO2,02 is constant, so when fuel cells are connected in series, the amount of gas flowing to each fuel cell when multiple fuel cells are connected in parallel is It is necessary to flow an amount equal to the total amount of gas into the upstream fuel cell. This increases the amount of gas passing through the anode, improving the gas flow distribution, and also reduces the temperature difference between the battery inlet and outlet, increasing the battery inlet temperature, which in turn increases the battery inlet temperature. If the operating temperature can be raised, power generation efficiency can be improved, and if the cell inlet temperature can be raised, the carbon deposition conditions can be relaxed, so the S/C can be reduced and the fuel concentration at the anode can be reduced. This can increase the efficiency of the system. Moreover, since the amount of steam consumed decreases due to the decrease in S/C, the amount of recovered steam increases. In addition, since multiple fuel cells are connected in series, even if the fuel utilization rate is low at the anode of the upstream fuel cell, the unused fuel is used at the anode of the downstream fuel cell, resulting in a total The fuel utilization rate can be increased as a result.

又、直列に接続した上流側と下流側の燃料電池のうち、
いずれか一方、たとえば、上流側の燃料電池のみを間接
内部改質型とすると、下流側の燃料電池の反応熱は改質
に使えなくなり、これによって上流側の燃料電池の必要
除熱量は極端に減少する。そこに全燃料電池に必要なガ
スを流すことになるので、ガスの入口、出口の温度差が
小さくなり、燃料電池の運転温度は並列配置の時の出口
側温度に近づいてくる。すなわち、燃料電池の運転温度
は非常に高(なるので、電池性能が向上すると同時にS
/Cが低くても炭素析出を防止することができる。上流
側のセル数を更に減らし、下流側に移すと、上流側燃料
電池の必要除熱量はマイナスとなり、流すガスは除熱の
ためから加熱のためのものとなる。これは電解質揮散の
防止に効果がある。又、上流側の燃料電池のアノード反
応でH2Oと002が生成され、これが下流側燃料電池
のアノードに供給されるので、下流側のアノード入口で
の炭素析出の問題は発生せず、したがって、S/Cをよ
り小さくすることができる。
Also, among the upstream and downstream fuel cells connected in series,
For example, if only the upstream fuel cell is of the indirect internal reforming type, the reaction heat of the downstream fuel cell cannot be used for reforming, and as a result, the required amount of heat removal from the upstream fuel cell becomes extremely large. Decrease. Since the gas necessary for all fuel cells flows there, the temperature difference between the gas inlet and outlet becomes small, and the operating temperature of the fuel cells approaches the outlet side temperature when arranged in parallel. In other words, the operating temperature of a fuel cell is extremely high, so the cell performance is improved and at the same time the S
Even if /C is low, carbon precipitation can be prevented. If the number of cells on the upstream side is further reduced and moved to the downstream side, the required heat removal amount of the upstream fuel cell becomes negative, and the gas flowing is used for heating instead of heat removal. This is effective in preventing electrolyte volatilization. Also, since H2O and 002 are generated by the anode reaction of the upstream fuel cell and are supplied to the anode of the downstream fuel cell, the problem of carbon precipitation at the downstream anode inlet does not occur, and therefore the S /C can be made smaller.

一方、直列に接続した上流側と下流側の燃料電池のうち
、下流側の燃料電池を間接内部改質型にすると、下流側
の燃料電池の除熱量か減少し、バランスによってはマイ
ナスとすることもできるので上流側燃料電池の排気ガス
を冷却せず、そのまま下流側の燃料電池に入れることが
できる。
On the other hand, of the upstream and downstream fuel cells connected in series, if the downstream fuel cell is of the indirect internal reforming type, the heat removal amount of the downstream fuel cell will decrease, and depending on the balance, it may be negative. This allows the exhaust gas from the upstream fuel cell to be directly fed into the downstream fuel cell without being cooled.

[実 施 例コ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。[Implementation example] Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示すもので、第6図に示し
た従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置と同様な構成に
おいて、間接内部改質型とした溶融炭酸塩型燃料電池を
2個直列に接続した場合について示す。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which a molten carbonate fuel cell of indirect internal reforming type is used in a configuration similar to the conventional molten carbonate fuel cell power generation device shown in FIG. The case where two are connected in series is shown.

すなわち、電解質板lをカソード2とアノード3の画電
極で両面から挟んでカソード2側に酸化ガスとして空気
Aを、又、アノード3側に燃料ガスFGをそれぞれ供給
するようにしであるセルを図示しないセパレータを介し
多層に積層し、てスタックとする場合に、たとえば、上
記セルを5層積層するごとに、内部に改質用触媒を充填
して改質原料ガスが内部を通過できるようにしである改
質室4を介在させて5セル/1改質室型とし、電池反応
で生じた熱を吸熱して改質反応が行われるようにしであ
る間接内部改質型の燃料電池■と■を設置して、上流側
の間接内部改質型燃料電池Iの改質室4と下流側の間接
内部改質型燃料電池■の改質室4とを直列に接続し、て
、上流側と下流側の改質室4と4を経た後、一部数質さ
れた原料ガスとしての天然ガスNGが外部改質器5の改
質室5aに供給されるようにすると共に、上流側の間接
内部改質型燃料電池Iのアノード3と下流側の間接内部
改質型燃料電池■のアノード3とを直列に接続して、上
記外部改質器5の改質室5aで改質された燃料ガスが上
流側の間接内部改質型燃料電池■のアノード3に供給さ
れると、該アノード3と下流側の間接内部改質型燃料電
池■のアノード3の順て燃料が利用されて、下流側の間
接内部改質型燃料電池■のアノード3から排出されたア
ノード排カスが、下流側の間接内部改質型燃料電池■の
カソード2から排出されたカソード排ガスの一部ととも
に触媒燃焼器11を経て上記改質器5の燃焼カス室5b
に供給されるようにする。一方、上流側の間接内部改質
型燃料電池Iのカソード2と下流側の間接内部改質型燃
料電池■のカソード2とを冷却器31を介して接続し、
上流側の間接内部改質型燃料電池■のカソード2を出た
カソード排ガスが冷却器31で冷却されてから下流側の
間接内部改質型燃料電池■のカソード2へ供給されるよ
うにし、該下流側の間接内部改質型燃料電池■から排出
されたカソード排ガスの一部が、リサイクルライン18
、リサイクル用ガスプロワ19を経て上流側のカソード
2ヘリサイクルされ、他の一部のカソード排ガスは出口
分岐ライン20より上記触媒燃焼器IIを経て改質器5
の燃焼ガス室5bへ導入され、残りのカソード排ガスが
カソード排ガスラインI7より蒸気過熱器21へと導か
れるようにしである。
That is, a cell is shown in which the electrolyte plate 1 is sandwiched between the cathode 2 and anode 3 picture electrodes, and air A is supplied as an oxidizing gas to the cathode 2 side, and fuel gas FG is supplied to the anode 3 side. When forming a stack by stacking multiple layers with a separator in between, for example, for every five layers of cells stacked, a reforming catalyst is filled inside so that the reforming raw material gas can pass through the inside. A reforming chamber 4 is interposed to form a 5-cell/1 reforming chamber type, and the heat generated in the cell reaction is absorbed to carry out the reforming reaction.This is an indirect internal reforming type fuel cell. , and connect the reforming chamber 4 of the upstream indirect internal reforming fuel cell I and the reforming chamber 4 of the downstream indirect internal reforming fuel cell ■ in series. After passing through the reforming chambers 4 and 4 on the downstream side, the partially quantified natural gas NG as the raw material gas is supplied to the reforming chamber 5a of the external reformer 5, and the indirect internal gas on the upstream side is supplied. The anode 3 of the reforming fuel cell I and the anode 3 of the indirect internal reforming fuel cell (2) on the downstream side are connected in series to produce fuel gas reformed in the reforming chamber 5a of the external reformer 5. When the fuel is supplied to the anode 3 of the indirect internal reforming fuel cell (■) on the upstream side, the fuel is used in the order of that anode 3 and the anode 3 of the indirect internal reforming fuel cell (■) on the downstream side. The anode exhaust gas discharged from the anode 3 of the indirect internal reforming fuel cell ■ flows into the catalytic combustor 11 together with a portion of the cathode exhaust gas discharged from the cathode 2 of the downstream indirect internal reforming fuel cell ■. The combustion scum chamber 5b of the reformer 5
be supplied to On the other hand, the cathode 2 of the upstream indirect internal reforming fuel cell I and the cathode 2 of the downstream indirect internal reforming fuel cell 2 are connected via a cooler 31,
The cathode exhaust gas exiting the cathode 2 of the indirect internal reforming fuel cell (2) on the upstream side is cooled by the cooler 31 and then supplied to the cathode 2 of the indirect internal reforming fuel cell (2) on the downstream side. A portion of the cathode exhaust gas discharged from the downstream indirect internal reforming fuel cell is transferred to the recycling line 18.
, is recycled to the cathode 2 on the upstream side via the recycling gas blower 19, and some other cathode exhaust gas is sent from the outlet branch line 20 to the reformer 5 via the catalytic combustor II.
The remaining cathode exhaust gas is led to the steam superheater 21 through the cathode exhaust gas line I7.

その他の構成は、第6図のものと同しであり、同一のも
のには同一の符号が付しである。
The other configurations are the same as those in FIG. 6, and the same components are given the same reference numerals.

天然ガスNGは、脱硫器7を経た後水蒸気ライン29か
ら供給される過熱水蒸気と共に、天然ガス予熱器8を経
て上流側の間接内部改質型燃料電池Iの改質室4の入口
側へ供給され、該改質室4で改質反応が行われた後、下
流側の間接内部改質型燃料電池Hの改質室4へ導かれて
、ここでも改質反応が行われて改質器5の改質室5aに
供給される。改質器5の改質室5aで最終的に改質され
て得られた燃料ガスFGは上流側の間接内部改質型燃料
電池Iのアノード3に供給される。一方、上流側の間接
内部改質型燃料電池■のカソード2には、空気供給ライ
ン13より高温の空気Aが供給される。カソード2側で
は、CO2+ 1/202 +2e−4COs−の反応
が行われて、炭酸イオンC01−が生成され、この炭酸
イオンco、”−が電解質板1中を通してアノード3側
へ達するので、アノード3側では、燃料ガスFGが上記
炭酸イオンCO%−と接触するので、 COi−−+ H2→CO2+ H20+ 2 e’′
COs−+ CO−2CO2+ 2 e−の反応か行わ
れて燃料の利用が図られる。上記上流側の間接内部改質
型燃料電池Iのアノード3から排出されたアノード排ガ
スは、そのまま下流側の間接内部改質型燃料電池Hのア
ノード3に供給され、ここで上流側の燃料電池のアノー
ド3で未利用の燃料を利用した反応が行われて排出され
、触媒燃焼器11を経て改質器5の燃焼ガス室5bへ供
給される。
After passing through the desulfurizer 7, the natural gas NG is supplied together with the superheated steam supplied from the steam line 29 to the inlet side of the reforming chamber 4 of the indirect internal reforming fuel cell I on the upstream side via the natural gas preheater 8. After the reforming reaction is carried out in the reforming chamber 4, it is guided to the reforming chamber 4 of the indirect internal reforming fuel cell H on the downstream side, where the reforming reaction is also carried out and the reformer 5 is supplied to the reforming chamber 5a. The fuel gas FG finally reformed in the reforming chamber 5a of the reformer 5 is supplied to the anode 3 of the indirect internal reforming fuel cell I on the upstream side. On the other hand, high-temperature air A is supplied from an air supply line 13 to the cathode 2 of the indirect internal reforming fuel cell (2) on the upstream side. On the cathode 2 side, a reaction of CO2+ 1/202 +2e-4COs- is carried out to generate carbonate ions C01-, which pass through the electrolyte plate 1 and reach the anode 3 side. On the side, the fuel gas FG comes into contact with the carbonate ion CO%-, so COi--+ H2→CO2+ H20+ 2 e''
A reaction of COs-+ CO-2CO2+ 2 e- is carried out to utilize the fuel. The anode exhaust gas discharged from the anode 3 of the indirect internal reforming fuel cell I on the upstream side is directly supplied to the anode 3 of the indirect internal reforming fuel cell H on the downstream side. A reaction using unused fuel is performed at the anode 3 and the fuel is discharged, and is supplied to the combustion gas chamber 5b of the reformer 5 via the catalytic combustor 11.

上記において、上流側及び下流側の燃料電池T、  I
Iは、いずれも間接内部改質型のものであるため、電池
反応により発生した熱を、カソード排ガスの顕熱と、改
質室4での改質反応における吸熱作用とによって除熱す
ることができるので、カソード排ガスの顕熱のみで除熱
を行わせる通常の燃料電池の場合に比して除熱のための
ガス量を基本的には少なくすることができ、これにより
カソード2に流す空気の絶対量も基本釣には少なくなる
。但しこの場合、複数個の燃料電池を並列配置とした場
合に個々の燃料電池に流すガス量を、カソード排ガスの
顕熱のみで電池熱の除熱を行わせる場合のガス量の半分
、すなわち、0,5すつとすると、燃料電池を直列配置
とした場合は上記並列配置の場合に流すトータルのガス
量を流すことが可能となって、0、5+0.5 = 1
の量が流せることになる。特に燃料電池のアノードに供
給されるガス量はカソード排ガスに比較して通常流量が
少ないので、流量配分の均一性が劣っているが、燃料型
Ml。
In the above, upstream and downstream fuel cells T, I
Since both I are of the indirect internal reforming type, the heat generated by the battery reaction can be removed by the sensible heat of the cathode exhaust gas and the endothermic action of the reforming reaction in the reforming chamber 4. As a result, the amount of gas for heat removal can basically be reduced compared to the case of a normal fuel cell where heat is removed only by the sensible heat of the cathode exhaust gas. The absolute amount is also small for basic fishing. However, in this case, when multiple fuel cells are arranged in parallel, the amount of gas flowing to each fuel cell is half of the amount of gas that would be required to remove cell heat using only the sensible heat of the cathode exhaust gas, that is, If the fuel cells are arranged in series, it is possible to flow the total amount of gas that would flow in the case of the above-mentioned parallel arrangement, and 0.5 + 0.5 = 1.
amount can be flowed. In particular, since the amount of gas supplied to the anode of the fuel cell is usually smaller than the cathode exhaust gas, the uniformity of the flow distribution is poor, but the fuel type Ml.

■を直列に接続すると、上述のように燃料電池の並列配
置の場合に比して各セルを通過するアノード排ガス量は
直列配置の方が増大するのて、アノード排ガスの流量配
分が改善されることになる。又、燃料電池Iと■を直列
配置にすると、上流側の間接内部改質型燃料電池■のカ
ソード2の出口側に冷却器31を設置して該冷却器31
で冷却したカソード排ガスを下流側の間接内部改質型燃
料電池Hのカソード2に供給することにより上流側のカ
ソード排ガス量をそのまま下流側のカソード2へ流せる
ので、燃料電池を並列に配置した場合に各カソードに個
々にガスを流すときのトータルガス量に比して、CO2
,02の必要量を確保できる範囲内でトータルのガス流
量を少なくすることが可能となり、かかるカソード排ガ
ス量の減少に伴いカソード排ガス中のCO2濃度が高く
なり電池電圧が上がると共にリサイクル用ガスブロワ1
9の動力も削減できることになる。更に、燃料電池■と
■を直列配置として、燃料電池を並列配置して個々の燃
料電池に流すガス量のトータルガス量と同じ量のカソー
ド排ガス流量とすると、前記したように直列配置の方か
ガス流量が増大する。この際、各セルでの発熱量を同じ
とすると、ガス流量が多い分たけ電池セルの入口側と出
口側の温度差を小さくすることができる。電池セルの出
口温度を上げることは、電解質がロスする関係で好まし
くないので、電池セルの出口温度を同じとすると、燃料
電池を直列配置とした場合は入口側の温度を高くするこ
とができ、電池の運転温度を高くすることかできて、電
池電圧が高くなり、発電効率の向上が図れることになる
When (1) is connected in series, the amount of anode exhaust gas that passes through each cell increases in the series arrangement compared to the case where the fuel cells are arranged in parallel, improving the flow distribution of the anode exhaust gas. It turns out. Furthermore, when the fuel cells I and (2) are arranged in series, a cooler 31 is installed on the outlet side of the cathode 2 of the indirect internal reforming fuel cell (2) on the upstream side.
By supplying the cooled cathode exhaust gas to the cathode 2 of the indirect internal reforming fuel cell H on the downstream side, the amount of cathode exhaust gas on the upstream side can flow directly to the cathode 2 on the downstream side, so when the fuel cells are arranged in parallel. compared to the total amount of gas when flowing gas to each cathode individually.
, 02 can be secured, and as the amount of cathode exhaust gas decreases, the CO2 concentration in the cathode exhaust gas increases, the battery voltage increases, and the recycling gas blower 1
9's power consumption can also be reduced. Furthermore, if fuel cells ■ and ■ are arranged in series, and the fuel cells are arranged in parallel and the cathode exhaust gas flow rate is the same as the total amount of gas flowing to each fuel cell, then as mentioned above, the series arrangement is better. Gas flow increases. At this time, if the amount of heat generated in each cell is the same, the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the battery cell can be reduced by increasing the gas flow rate. Increasing the outlet temperature of the battery cells is undesirable due to the loss of electrolyte, so if the outlet temperature of the battery cells is kept the same, if the fuel cells are arranged in series, the temperature on the inlet side can be increased, The operating temperature of the battery can be increased, the battery voltage can be increased, and power generation efficiency can be improved.

又、電池の運転温度を高くすると、アノード入口での炭
素析出反応(2CO4C’02 +C)が起こりにくい
ので、電池の運転温度を高くしてS/C比を低くするこ
とができ、これに伴い、改質に必要な水蒸気量を少なく
してS/Cを小さくするようにしても、アノード入口で
の炭素析出の懸念がないので、改質用水蒸気量を低減で
きて燃料濃度が高まりシステムの効率を高めることがで
きると共に、回収蒸気量が増大できる。更に又、間接内
部改質型の燃料電池工と■を直列に接続して、上流側の
燃料電池Iのアノード3からのアノード排ガスをそのま
ま下流側の燃料電池■のアノード3に供給して、上流側
のアノードで未利用の燃料を利用して下流側のアノード
で反応が行われるようにしであるので、たとえば、上流
側と下流側の各燃料電池I、Hのアノード3での燃料利
用率をともに70%とすると、 燃料電池Iでは、   In%xil、7=70%燃料
電池■では、(100−,70)%x Q、?=21%
となり、トータルでは91%という高い燃料利用率が得
られることになる。このように燃料利用率を高くするこ
とができることから、システムの送電端効率を高くする
ことか可能となるが、この場合に、直列接続した複数の
燃料電池■。
In addition, if the operating temperature of the battery is increased, the carbon precipitation reaction (2CO4C'02 +C) at the anode inlet is less likely to occur, so the S/C ratio can be lowered by increasing the operating temperature of the battery, and as a result, the S/C ratio can be lowered. Even if the S/C is reduced by reducing the amount of steam required for reforming, there is no concern about carbon precipitation at the anode inlet, so the amount of reforming steam can be reduced, increasing fuel concentration and improving system performance. Efficiency can be improved and the amount of recovered steam can be increased. Furthermore, an indirect internal reforming type fuel cell system and (2) are connected in series, and the anode exhaust gas from the anode 3 of the fuel cell I on the upstream side is directly supplied to the anode 3 of the fuel cell (2) on the downstream side. Since the unused fuel at the upstream anode is used to cause a reaction at the downstream anode, for example, the fuel utilization rate at the anode 3 of each fuel cell I, H on the upstream and downstream sides is Assuming both are 70%, for fuel cell I, In%xil, 7=70% for fuel cell ■, (100-,70)%x Q, ? =21%
Therefore, a high fuel utilization rate of 91% can be obtained in total. Since the fuel utilization rate can be increased in this way, it is possible to increase the transmission end efficiency of the system, but in this case, multiple fuel cells connected in series.

Hのワンパスの燃料利用率は上記した如く高くする必要
がないので、第4図や第5図に示す如くセルの積層方向
、セル面内での燃料の流量配分に不均一が生じていても
、部分的に燃料不足を来たして電圧低下を招くことはな
い。
The one-pass fuel utilization rate of H does not need to be as high as described above, so even if there is unevenness in the fuel flow distribution in the cell stacking direction and within the cell plane, as shown in Figures 4 and 5, , there will be no voltage drop due to partial fuel shortage.

次に、第2図は本発明の他の実施例を示すもので、電解
質板lをカソード2とアノード3の画電極で両面から挟
んでなるセルをセパレータを介して多層に積層する場合
に、第1図に示した実施例におけるセルを5層積層する
ごとに改質室4を介在させるようにした5セル/1改質
室型に代え、セルを3層積層するごとに改質室4を介在
させてスタックとした構成の3セル/1改質室型とした
間接内部改質型燃料電池Iと、」二記の少なくしまたセ
ルを積層した構成の間接内部改質型でない通常の燃料電
池■とに分けて設ML、両燃料電池■と■を直列に接続
して、間接内部改質型燃料電池■を上流側とし5、天然
ガスNGは、過熱水蒸気と共に天然ガス供給ライン6に
より間接内部改質型燃料電池Iの改質室4を経て改質器
5の改質室5aに供給するようにし、該改質器5の改質
室5aで改質された燃料ガスFGか」−流側の燃料電池
Iのアノード3に供給され、該アノード3から下流側の
燃料電池■のアノード3へ導かれるようにし2、又、上
流側の燃料電池■のカソード2に供給された空気Aは、
該カソード2から排出されると冷却器31で冷却されて
下流側の燃料電池■のカソード2へ供給されるようにし
たものであり、ぞの他の構成は第1図のものと同しであ
る。
Next, FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, in which a cell consisting of an electrolyte plate 1 sandwiched between cathode 2 and anode 3 picture electrodes is laminated in multiple layers via separators. Instead of the 5-cell/1 reforming chamber type in which a reforming chamber 4 is interposed between every five layers of cells in the embodiment shown in FIG. 1, one reforming chamber is inserted every three layers of cells. Indirect internal reforming fuel cell I, which is a 3-cell/1-reforming-chamber type fuel cell with a stacked structure with The fuel cell ■ and ML are installed separately, both fuel cells ■ and ■ are connected in series, and the indirect internal reforming fuel cell ■ is placed on the upstream side. The fuel gas FG reformed in the reforming chamber 5a of the reformer 5 is supplied through the reforming chamber 4 of the indirect internal reforming fuel cell I to the reforming chamber 5a of the reformer 5. ” - supplied to the anode 3 of the upstream fuel cell I, from which it was led to the anode 3 of the downstream fuel cell (2), and also supplied to the cathode 2 of the upstream fuel cell (2). Air A is
When discharged from the cathode 2, it is cooled by a cooler 31 and supplied to the cathode 2 of the fuel cell (2) on the downstream side, and the other configuration is the same as that in Fig. 1. be.

この実施例では、上流側の燃料電池■は第1図の間接内
部改質型燃料電池に比べ改質器が相対的に多いため、電
池反応で発生した熱は、カソード2を通過するカソード
排ガスの顕熱で除去する分は少なく、改質室4ての改質
反応における吸熱により大部分除去されることになるの
で、必要なco、 、o、:itを確保できる範囲内で
カソード2への供給ガス量を少なくすることかできる。
In this example, the upstream fuel cell 2 has a relatively large number of reformers compared to the indirect internal reforming fuel cell shown in FIG. Only a small amount is removed by sensible heat, and most of it is removed by heat absorption in the reforming reaction in the reforming chamber 4. Therefore, the amount of heat removed from the cathode 2 is limited to the extent that the necessary co, , o, :it can be secured. It is possible to reduce the amount of gas supplied.

この場合に、上流側の燃料電池■では、セル数を少な(
しているので、発熱量はそれたけ小さくなり、しまたか
って、必要なCO2,02の確保きいう観点から逆にガ
ス流量を一定とすれば、入口側、出[−1側の温度差を
小さくすることができて、セル入口側の温度を高くする
ことができる。一方、下流側の燃料電池■は間接内部改
質型ではないので、電池熱をカソード排ガスの顕熱のみ
で除去しなければならず、そのために電池入口側と出目
側の温度差をつける必要があるが、下流側の燃料電池■
は上流側に比べて反応量が少ないことと、上流側のカソ
ード2から出たカソード排ガスは冷却器3Iにより冷却
されてから下流側のカソード2に供給されるので、電池
熱の除熱を充分に行うことができる。一方、上流側の燃
料電池Iのアノード3がら排出されたガスは、該アノー
ド3での反応により生成されたco2とH2Oのほかに
未利用の燃料を含んでいるので、下流側の燃料電池■の
アノード3では、上流側での未利用の燃料を利用した反
応が行われて排出され、カソード排ガスとともに触媒燃
焼器11を経て改質器5の燃焼ガス室5bに導入される
。下流側の燃料電池■のアノード3に入るアノード排ガ
スには、上記のように上流側のアノード3での反応によ
り生成されたCO2とH2Oが多く含まれていて、炭素
析出反応を起こしにくいガス組成となっているので、ア
ノード入口側の温度を高くする必要がなく、したがって
、改質器へ供給する原料ガスのS/Cをより小さくした
運転ができる。
In this case, in the upstream fuel cell ■, the number of cells should be reduced (
Therefore, the calorific value is correspondingly smaller, and from the viewpoint of securing the necessary CO2, 02, if the gas flow rate is constant, the temperature difference between the inlet side and the outlet [-1 side will be It can be made smaller and the temperature on the cell inlet side can be increased. On the other hand, since the downstream fuel cell ■ is not of the indirect internal reforming type, the cell heat must be removed only by the sensible heat of the cathode exhaust gas, and for this purpose it is necessary to create a temperature difference between the cell inlet side and the exit side. However, there is a fuel cell on the downstream side■
Since the reaction amount is smaller than that on the upstream side, and the cathode exhaust gas emitted from the upstream cathode 2 is cooled by the cooler 3I before being supplied to the downstream cathode 2, battery heat can be removed sufficiently. can be done. On the other hand, the gas discharged from the anode 3 of the upstream fuel cell I contains unused fuel in addition to CO2 and H2O generated by the reaction at the anode 3. At the anode 3, a reaction using unused fuel on the upstream side is performed and the fuel is discharged, and the fuel is introduced into the combustion gas chamber 5b of the reformer 5 via the catalytic combustor 11 together with the cathode exhaust gas. The anode exhaust gas that enters the anode 3 of the downstream fuel cell (■) contains a large amount of CO2 and H2O generated by the reaction at the upstream anode 3 as described above, and has a gas composition that is difficult to cause carbon deposition reactions. Therefore, there is no need to increase the temperature on the anode inlet side, and therefore, operation can be performed with a smaller S/C of the raw material gas supplied to the reformer.

又、第3図は本発明の更に他の実施例を示すもので、上
述した第2図に示す実施例において上流側と下流側の燃
料電池を逆にし、上流側に間接内部改質型でない通常の
燃料電池■を、又、下流側に間接内部改質型燃料電池I
を配置して、直列に接続し、天然ガスNGは、天然ガス
供給ライン6により下流側の燃料電池Iの改質室4を通
して改質器5の改質室5aに供給(7、ここで改質され
た燃料ガスF Gを燃料ガス供給ライン9により上流側
の燃料電池■のアノード3に供給するようにし、一方、
酸化カスとしての空気Aを上流側の燃料電池■のカソー
ド2へ供給するようにし、下流側の燃料電池Iのカソー
ド2とアノード3には、−ト流側から排出されたガスが
そのまま供給されるようにしたものであり、その他の構
成は第2図のものと同じである。
FIG. 3 shows still another embodiment of the present invention, in which the upstream and downstream fuel cells are reversed in the embodiment shown in FIG. A normal fuel cell ■, and an indirect internal reforming fuel cell I on the downstream side
are arranged and connected in series, and natural gas NG is supplied to the reforming chamber 5a of the reformer 5 through the reforming chamber 4 of the fuel cell I on the downstream side via the natural gas supply line 6 (7, where it is reformed). The purified fuel gas FG is supplied to the anode 3 of the fuel cell (2) on the upstream side through the fuel gas supply line 9, and on the other hand,
The air A as oxidation residue is supplied to the cathode 2 of the fuel cell (1) on the upstream side, and the gas discharged from the -T flow side is supplied as is to the cathode 2 and anode 3 of the fuel cell (1) on the downstream side. The other configuration is the same as that shown in FIG.

この実施例の場合には、上流側の燃料電池■はカソード
排ガスの顕熱のみでセルを冷却することにより除熱する
ので、カソード入「」、出1−1の温度差をつける必要
があるか、下流側の燃料電池は間接内部改質型の燃料電
池■であるため、電池反応て生じた熱は改質室4での改
質における吸熱により大部分除熱されるので、カソード
排ガスの顕熱による除熱が少なくなり、これにより上流
側のカソード2と下流側のカソード2との間に設ける冷
却器を省略することができると共に、上流、下流のセル
数の配分を調節することによって、下流側のカソード2
では出口温度を入口温度よりも下げることも可能であり
、このことは電解質のロスを防ぐのに有効となる。
In the case of this example, the upstream fuel cell (1) removes heat by cooling the cell only with the sensible heat of the cathode exhaust gas, so it is necessary to create a temperature difference between the cathode input and output. In addition, since the downstream fuel cell is an indirect internal reforming type fuel cell, most of the heat generated by the cell reaction is removed by heat absorption during reforming in the reforming chamber 4, so that the cathode exhaust gas is not sensitive. The amount of heat removed by heat is reduced, which makes it possible to omit a cooler provided between the upstream cathode 2 and the downstream cathode 2, and by adjusting the distribution of the number of upstream and downstream cells, Downstream cathode 2
It is also possible to lower the outlet temperature than the inlet temperature, which is effective in preventing electrolyte loss.

なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものでは
なく、たとえば、複数の燃料電池として2個の場合を示
したが、3個もしくはそれ以上として直列に接続するよ
うにしてもよく、その池水発明の要旨を逸脱しない範囲
内で種々変更を加え得ることは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments; for example, although two fuel cells are shown as a plurality of fuel cells, three or more fuel cells may be connected in series. Of course, various changes can be made without departing from the gist of the invention.

[発明の効果] 以上述べた如く、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電装
置によれば、間接内部改質型とした複数の燃料電池を直
列に接続し、改質原料ガスは上流側の燃料電池における
改質室、下流側の燃料電池における改質室を経て外部改
質器の改質室に供給するようにすると共に、該外部改質
器の改質室で改質された燃料ガスを、上流側の燃料電池
のアノード、下流側の燃料電池のアノードの順に流して
利用させるようにし、又、酸化ガスとしての空気を上流
側の燃料電池のカソード、下流側の燃料電池のカソード
の順に流し、下流側のアノードから出たアノード排ガス
とカソードから出たカソード排ガスを、外部改質器の燃
焼ガス室に導入させるようにしであるので、個々の燃料
電池では、間接内部改質作用での吸熱により電池反応熱
を除熱できることから、カソード排ガスの顕熱による除
熱の割合を少なくすることができて、カソードへ流すガ
スの絶対量が少なくなる。又複数の燃料電池が直列配置
としであるので、1つ1つの燃料電池のアノードでの燃
料利用率を高くすることなくトータルとしての燃料利用
率を高めることができて、発電端効率を高めることがで
き、又、各電池セルを通過するアノード排ガス量は、燃
料電池を並列配置した場合よりも直列配置の方が増大す
るので、通常カソード排ガスに比較して流量が少なく流
量配分の均一性が劣っているアノード排ガスの流量配分
を改善することができる。又、燃料電池を直列配置にし
て、上流側と下流側のカソードとの間に冷却器を置く構
成とすると、燃料電池の並列配置の場合より各電池セル
を通過させる場合のガス量のトータル量を減少できるこ
とから、このガス量の減少に伴いガス中のCO2濃度が
高くなって電池電圧を上げることが可能となると共に、
リサイクル用ガスブロワの動力も削減できることになり
、又、上記燃料電池の並列配置におけるトータルのカソ
ード排ガス量と同じ量のカソード排ガス量を燃料電池の
直列配置で流すようにすれば、各電池セルを通過するカ
ソード排ガス量を増大でき、その結果、電池入口温度を
高くできて入口出口の温度差を小さくし電池の運転温度
を高くすることができ、これに伴い電池電圧を高くでき
て効率の向上が図れる。又改質に必要な水蒸気を低減さ
せてS/C(水蒸気/炭素)比を小さくすると、従来の
方式では、燃料電池アノード入口で炭素析出反応が生じ
るおそれがあるが、上記のとおり電池の運転温度を高(
できることから炭素析出反応が生じにくく、S/C比を
小さくすることができ、アノードでの燃料濃度が高まり
システムの効率を高めることが可能となると共に改質器
での蒸気消費量を減少することができるので回収蒸気量
が増大する。又、直列接続した下流側の燃料電池を外部
改質型の燃料電池とすれば、上述した燃料電池の直列配
置に伴う優れた効果のほかに、上流側の間接内部改質型
燃料電池では除熱のためのガス量が更に少なくなるので
、上記の効果は更に増大する。下流側のアノードには、
上′流側のアノードでの反応により生成されたCO□と
H2Cが多く入ることになるので、アノード入口で炭素
析出反応を起こしにくくなり、S/Cをより小さくする
ことができる。更に、上流側の燃料電池を外部改質型の
ものとして、下流側の間接内部改質型燃料電池と直列接
続した構成とすると、燃料電池を直列配置した前記した
優れた諸効果のほかに、下流側の燃料電池で発生した熱
を内部改質による吸熱によって除去できることから、カ
ソード排ガスの顕熱利用を少なくできて、下流側のカソ
ードに入るガスを冷却するための冷却器を省略できると
共に、下流側のカソードの出1−]温度を入[]温度よ
りも下げることかできて、電解質のロスを防ぐ上で有効
である。
[Effects of the Invention] As described above, according to the molten carbonate fuel cell power generation device of the present invention, a plurality of indirect internal reforming type fuel cells are connected in series, and the reforming raw material gas is supplied to the upstream side. The fuel gas is supplied to the reforming chamber of the external reformer via the reforming chamber of the fuel cell and the reforming chamber of the downstream fuel cell, and the fuel gas reformed in the reforming chamber of the external reformer. is used by flowing it to the anode of the upstream fuel cell and then to the anode of the downstream fuel cell, and the air as oxidizing gas is passed to the cathode of the upstream fuel cell and then to the cathode of the downstream fuel cell. Since the anode exhaust gas from the anode on the downstream side and the cathode exhaust gas from the cathode are introduced into the combustion gas chamber of the external reformer, each fuel cell has an indirect internal reforming effect. Since battery reaction heat can be removed by heat absorption, the rate of heat removal due to sensible heat of the cathode exhaust gas can be reduced, and the absolute amount of gas flowing to the cathode can be reduced. Furthermore, since multiple fuel cells are arranged in series, the total fuel utilization rate can be increased without increasing the fuel utilization rate at the anode of each fuel cell, thereby increasing the power generation efficiency. In addition, the amount of anode exhaust gas that passes through each battery cell is larger when the fuel cells are arranged in series than when they are arranged in parallel, so the flow rate is usually smaller than that of the cathode exhaust gas and the uniformity of the flow distribution is reduced. The poor anode exhaust gas flow distribution can be improved. Also, if the fuel cells are arranged in series and a cooler is placed between the upstream and downstream cathodes, the total amount of gas passing through each battery cell will be lower than when the fuel cells are arranged in parallel. As the amount of gas decreases, the concentration of CO2 in the gas increases, making it possible to increase the battery voltage.
The power of the recycling gas blower can also be reduced, and if the amount of cathode exhaust gas that is the same as the total amount of cathode exhaust gas when the fuel cells are arranged in series is made to flow through each battery cell, As a result, the battery inlet temperature can be increased, the temperature difference between the inlet and the outlet can be reduced, and the battery operating temperature can be increased, which in turn can increase the battery voltage and improve efficiency. I can figure it out. In addition, if the S/C (steam/carbon) ratio is reduced by reducing the water vapor required for reforming, in the conventional method, there is a risk that a carbon precipitation reaction will occur at the inlet of the fuel cell anode. Increase the temperature to high (
This makes it difficult for carbon precipitation reactions to occur, making it possible to reduce the S/C ratio, increasing the fuel concentration at the anode, increasing system efficiency, and reducing steam consumption in the reformer. This increases the amount of recovered steam. In addition, if the series-connected downstream fuel cell is an external reforming type fuel cell, in addition to the excellent effects associated with the series arrangement of fuel cells described above, the upstream indirect internal reforming type fuel cell Since the amount of gas for heat is further reduced, the above effect is further increased. The downstream anode has
Since a large amount of CO□ and H2C generated by the reaction at the upstream anode enters, carbon precipitation reaction is less likely to occur at the anode inlet, and S/C can be further reduced. Furthermore, if the upstream fuel cell is of the external reforming type and is connected in series with the downstream indirect internal reforming type fuel cell, in addition to the above-mentioned excellent effects of arranging the fuel cells in series, Since the heat generated in the downstream fuel cell can be removed by endothermic absorption through internal reforming, the use of sensible heat in the cathode exhaust gas can be reduced, and the need for a cooler to cool the gas entering the downstream cathode can be omitted. The output 1-] temperature of the downstream cathode can be lowered than the input [] temperature, which is effective in preventing loss of electrolyte.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の一実
施例の概略を示す系統図、第2図は本発明の他の実施例
の概略を示す系統図、第3図は本発明の更に他の実施例
の概略を示す系統図、第4図は燃料電池の各段セルでの
燃料流量配分の不均一の状態を示す図、第5図は1段の
セルでの燃料の流量配分を示す図、第6図は従来の天然
ガス改質溶融炭酸塩型燃料電池発電システムの系統構成
の一例を示す概略図、第7図は電池運転温度が低いまま
アノード排ガス温度を高くシ、で供給したときに生じる
温度変化を示す図である。 I、  IN・・・間接内部改質型燃料電池、■・・・
燃料電池、1・・・電解質板、2・・・カソード、3・
・・アノード、4・・・改質室、5・・外部改質器、5
a・・・改質室、5b・・・燃焼ガス室、6・・・天然
ガス供給ライン、9・・・燃料ガス供給ライン、10・
・アノード排ガスライン、11・・・触媒燃焼器、13
・空気供給ライン、16・・・空気予熱器、17・・カ
ソードリ1カスライン、18・・・リサイクルライン、
19・・リサイクル用ガスブロワ、A・・・空気、NG
・・・天然カス(改質原料ガス)、FG・・燃料ガス。
Fig. 1 is a system diagram showing an outline of one embodiment of the molten carbonate fuel cell power generation device of the present invention, Fig. 2 is a system diagram showing an outline of another embodiment of the invention, and Fig. 3 is a system diagram showing an outline of another embodiment of the invention. Fig. 4 is a diagram showing the uneven distribution of fuel flow in each stage of the fuel cell, and Fig. 5 shows the flow rate of fuel in the first stage of cells. Figure 6 is a schematic diagram showing an example of the system configuration of a conventional natural gas reforming molten carbonate fuel cell power generation system. FIG. I, IN...Indirect internal reforming fuel cell, ■...
Fuel cell, 1... Electrolyte plate, 2... Cathode, 3.
... Anode, 4... Reforming chamber, 5... External reformer, 5
a... Reforming chamber, 5b... Combustion gas chamber, 6... Natural gas supply line, 9... Fuel gas supply line, 10.
・Anode exhaust gas line, 11...Catalytic combustor, 13
・Air supply line, 16... Air preheater, 17... Cathode 1 waste line, 18... Recycle line,
19... Gas blower for recycling, A... Air, NG
...Natural scum (reformed raw material gas), FG...Fuel gas.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)間接内部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池を複数個
設置して直列に接続し、改質原料ガスを上流側の燃料電
池における改質室、下流側の燃料電池における改質室を
経て外部改質器の改質室に供給するようにすると共に、
該外部改質器の改質室出口側と上流側の燃料電池のアノ
ード入口側とを燃料ガス供給ラインにて接続し、且つ下
流側の燃料電池のアノードからのアノード排ガスとカソ
ードからのカソード排ガスの一部を触媒燃焼器を介して
上記外部改質器の燃焼ガス室入口側に導入するようにし
てなる構成を有することを特徴とする溶融炭酸塩型燃料
電池発電装置。
(1) A plurality of indirect internal reforming molten carbonate fuel cells are installed and connected in series, and the reforming raw material gas is transferred to the reforming chamber of the upstream fuel cell and the reforming chamber of the downstream fuel cell. In addition to supplying the reforming chamber of the external reformer through
The reforming chamber outlet side of the external reformer and the anode inlet side of the upstream fuel cell are connected by a fuel gas supply line, and the anode exhaust gas from the anode and the cathode exhaust gas from the cathode of the downstream fuel cell are connected. A molten carbonate fuel cell power generation device characterized in that a part of the fuel cell is introduced into the combustion gas chamber inlet side of the external reformer through a catalytic combustor.
(2)間接内部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池と外部改
質型の溶融炭酸塩型燃料電池を配置して直列に接続し、
上記間接内部改質型の燃料電池を上流側として、改質原
料ガスをその燃料電池における改質室を経て外部改質器
の改質室に供給するようにすると共に、該外部改質器の
改質室出口側と上流側の燃料電池のアノード入口側とを
燃料ガス供給ラインにて接続し、且つ下流側の燃料電池
のアノードからのアノード排ガスとカソードからのカソ
ード排ガスの一部を触媒燃焼器を介して上記外部改質器
の燃焼ガス室入口側に導入するようにしてなる構成を有
することを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池発電装置。
(2) An indirect internal reforming type molten carbonate fuel cell and an external reforming type molten carbonate fuel cell are arranged and connected in series,
With the indirect internal reforming type fuel cell as the upstream side, the reforming raw material gas is supplied to the reforming chamber of the external reformer via the reforming chamber of the fuel cell, and The reforming chamber outlet side and the anode inlet side of the upstream fuel cell are connected by a fuel gas supply line, and part of the anode exhaust gas from the anode and cathode exhaust gas from the cathode of the downstream fuel cell is catalytically combusted. A molten carbonate fuel cell power generation device characterized in that the fuel cell is introduced into the combustion gas chamber inlet side of the external reformer through a vessel.
(3)外部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池と間接内部改
質型の溶融炭酸塩型燃料電池を配置して直列に接続し、
上記間接内部改質型の燃料電池を下流側とした請求項(
2)記載の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置。
(3) An external reforming type molten carbonate fuel cell and an indirect internal reforming type molten carbonate fuel cell are arranged and connected in series,
Claim (
2) The molten carbonate fuel cell power generation device described above.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITMI20091246A1 (en) * 2009-07-14 2011-01-15 Ansaldo Fuel Cells Spa APPARATUS AND METHOD FOR THERMAL MANAGEMENT OF MCFC PILE
JP2011525295A (en) * 2008-07-21 2011-09-15 スタクセラ・ゲーエムベーハー Fuel cell system having two fuel cell stacks connected in series

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