JPH06104000A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH06104000A JPH06104000A JP4249039A JP24903992A JPH06104000A JP H06104000 A JPH06104000 A JP H06104000A JP 4249039 A JP4249039 A JP 4249039A JP 24903992 A JP24903992 A JP 24903992A JP H06104000 A JPH06104000 A JP H06104000A
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- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 改質に必要な水蒸気量を低減することによ
り、燃料電池に供給される水蒸気の分圧を下げて燃料電
池における反応を促進し、同時に装置を小形化すること
ができ、かつ、燃料電池を損傷させることなく、高い燃
料利用率で燃料電池発電装置を運転することができる燃
料電池発電装置を提供する。 【構成】 燃料ガス１に水蒸気２が混合された第１改質
用ガス３を水素を含む第１アノードガス４に改質する第
１改質器２０と、第１アノードガス４と酸素を含むカソ
ードガス５とから電気を発電する第１燃料電池２１と、
燃料ガス１に第１燃料電池２１を出た第１アノード排ガ
ス６が混合された第２改質用ガス７を水素を含む第２ア
ノードガス８に改質する第２改質器２２と、第２アノー
ドガス８と酸素を含むカソードガス５とから電気を発電
する第２燃料電池２３と、を備える。
り、燃料電池に供給される水蒸気の分圧を下げて燃料電
池における反応を促進し、同時に装置を小形化すること
ができ、かつ、燃料電池を損傷させることなく、高い燃
料利用率で燃料電池発電装置を運転することができる燃
料電池発電装置を提供する。 【構成】 燃料ガス１に水蒸気２が混合された第１改質
用ガス３を水素を含む第１アノードガス４に改質する第
１改質器２０と、第１アノードガス４と酸素を含むカソ
ードガス５とから電気を発電する第１燃料電池２１と、
燃料ガス１に第１燃料電池２１を出た第１アノード排ガ
ス６が混合された第２改質用ガス７を水素を含む第２ア
ノードガス８に改質する第２改質器２２と、第２アノー
ドガス８と酸素を含むカソードガス５とから電気を発電
する第２燃料電池２３と、を備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置に関
し、更に詳しくは、改質器を備えた溶融炭酸塩型の燃料
電池発電装置に関する。
し、更に詳しくは、改質器を備えた溶融炭酸塩型の燃料
電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に改質器を備えた溶融炭酸塩型の燃料電
池は、都市部のビルやマンション等に分散して設置し、
都市ガスを燃料として発電と冷暖房を行うことにより、
従来の送電に伴うロスを大幅に低減でき、かつ８０％以
上の熱効率を発揮できるシステムとして脚光を浴びてい
る。
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に改質器を備えた溶融炭酸塩型の燃料電
池は、都市部のビルやマンション等に分散して設置し、
都市ガスを燃料として発電と冷暖房を行うことにより、
従来の送電に伴うロスを大幅に低減でき、かつ８０％以
上の熱効率を発揮できるシステムとして脚光を浴びてい
る。
【０００３】かかる発電装置は、改質器と燃料電池を備
え、改質器により燃料ガスを水素を含むアノードガスに
改質し、このアノードガスと酸素を含むカソードガスと
から燃料電池により発電し、その余熱により温水を製造
するものである。この発電装置における改質器内での主
な改質反応は、例えばメタン（ＣＨ4 ）を主成分とする
都市ガスの場合、ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 であ
り、燃料と同量の水蒸気が反応で消費される。
え、改質器により燃料ガスを水素を含むアノードガスに
改質し、このアノードガスと酸素を含むカソードガスと
から燃料電池により発電し、その余熱により温水を製造
するものである。この発電装置における改質器内での主
な改質反応は、例えばメタン（ＣＨ4 ）を主成分とする
都市ガスの場合、ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 であ
り、燃料と同量の水蒸気が反応で消費される。
【０００４】一方、燃料電池内での主な電池反応は、 Ｈ2 ＋ＣＯ3 2-→Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ のアノード反
応と、 1/2 Ｏ2 ＋ＣＯ2 ＋２ｅ →ＣＯ3 2- のカソード反
応であり、全体としては水素（Ｈ2 ）が水（Ｈ2 Ｏ）に
変わる反応である。従って、燃料電池は本質的に排ガス
がクリーンであり、環境への影響は極めて少ない。
応と、 1/2 Ｏ2 ＋ＣＯ2 ＋２ｅ →ＣＯ3 2- のカソード反
応であり、全体としては水素（Ｈ2 ）が水（Ｈ2 Ｏ）に
変わる反応である。従って、燃料電池は本質的に排ガス
がクリーンであり、環境への影響は極めて少ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、改質
器では燃料と同量の水蒸気が反応で消費されるが、従来
の改質器では改質効率を高めるために反応に必要な量以
上の水蒸気を供給する必要があった。すなわち、改質器
における水蒸気とメタンの比率（Ｓ／Ｃ比）を例えば２
以上にする必要があった。しかし、燃料電池発電装置で
は、改質器で反応しない過剰の水蒸気は、そのまま、燃
料電池のアノード側に入り、上記アノード反応を阻害す
る問題点があった。すなわち、アノード反応は、水蒸気
（Ｈ2 Ｏ）が生成される反応であり、水蒸気の分圧が高
いとアノード反応が十分に右に（式で）進まない問題点
があった。
器では燃料と同量の水蒸気が反応で消費されるが、従来
の改質器では改質効率を高めるために反応に必要な量以
上の水蒸気を供給する必要があった。すなわち、改質器
における水蒸気とメタンの比率（Ｓ／Ｃ比）を例えば２
以上にする必要があった。しかし、燃料電池発電装置で
は、改質器で反応しない過剰の水蒸気は、そのまま、燃
料電池のアノード側に入り、上記アノード反応を阻害す
る問題点があった。すなわち、アノード反応は、水蒸気
（Ｈ2 Ｏ）が生成される反応であり、水蒸気の分圧が高
いとアノード反応が十分に右に（式で）進まない問題点
があった。
【０００６】又、燃料電池発電装置では、水蒸気を装置
内の余熱で発生させているため、余分の水蒸気を発生さ
せるには、より大型の排熱回収設備（熱交換器等）を備
える必要があり、装置が大型化する問題点があった。更
に、Ｓ／Ｃ比が大きいと、装置全体の配管や設備も大型
化する問題点があった。
内の余熱で発生させているため、余分の水蒸気を発生さ
せるには、より大型の排熱回収設備（熱交換器等）を備
える必要があり、装置が大型化する問題点があった。更
に、Ｓ／Ｃ比が大きいと、装置全体の配管や設備も大型
化する問題点があった。
【０００７】一方、燃料電池は原理的には上述したアノ
ード反応により燃料である水素（Ｈ 2 ）を８０％以上反
応させることができる（燃料利用率が８０％以上であ
る）が、実用的には燃料利用率をあまり高く（例えば６
０％以上に）できない問題点があった。すなわち、燃料
電池内でのガスの拡散は完全ではないため、高い燃料利
用率で運転すると部分的に燃料が不足する反応部分がで
き、この部分から燃料電池の電極を損傷させてしまう問
題点があった。
ード反応により燃料である水素（Ｈ 2 ）を８０％以上反
応させることができる（燃料利用率が８０％以上であ
る）が、実用的には燃料利用率をあまり高く（例えば６
０％以上に）できない問題点があった。すなわち、燃料
電池内でのガスの拡散は完全ではないため、高い燃料利
用率で運転すると部分的に燃料が不足する反応部分がで
き、この部分から燃料電池の電極を損傷させてしまう問
題点があった。
【０００８】本発明は上述した種々の問題点を解決する
ために創案されたものである。すなわち、本発明の目的
は、改質に必要な水蒸気量を低減することにより、燃料
電池に供給される水蒸気の分圧を下げて燃料電池におけ
る反応を促進し、同時に装置を小形化できる燃料電池発
電装置を提供することにある。更に、本発明の目的は、
燃料電池を損傷させることなく、高い燃料利用率で運転
できる燃料電池発電装置を提供することにある。
ために創案されたものである。すなわち、本発明の目的
は、改質に必要な水蒸気量を低減することにより、燃料
電池に供給される水蒸気の分圧を下げて燃料電池におけ
る反応を促進し、同時に装置を小形化できる燃料電池発
電装置を提供することにある。更に、本発明の目的は、
燃料電池を損傷させることなく、高い燃料利用率で運転
できる燃料電池発電装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料ガ
スに水蒸気が混合された第１の改質用ガスを水素を含む
第１のアノードガスに改質する第１の改質器と、前記第
１アノードガスと酸素を含むカソードガスとから電気を
発電する第１の燃料電池と、燃料ガスに前記第１燃料電
池を出た第１のアノード排ガスが混合された第２の改質
用ガスを水素を含む第２のアノードガスに改質する第２
の改質器と、前記第２アノードガスと酸素を含むカソー
ドガスとから電気を発電する第２の燃料電池と、を備え
ることを特徴とする燃料電池発電装置が提供される。
スに水蒸気が混合された第１の改質用ガスを水素を含む
第１のアノードガスに改質する第１の改質器と、前記第
１アノードガスと酸素を含むカソードガスとから電気を
発電する第１の燃料電池と、燃料ガスに前記第１燃料電
池を出た第１のアノード排ガスが混合された第２の改質
用ガスを水素を含む第２のアノードガスに改質する第２
の改質器と、前記第２アノードガスと酸素を含むカソー
ドガスとから電気を発電する第２の燃料電池と、を備え
ることを特徴とする燃料電池発電装置が提供される。
【００１０】本発明の好ましい実施例によれば、前記第
１改質器に供給される燃料ガスの圧力を下げる減圧オリ
フィスと、燃料ガスに前記第１アノード排ガスを混合す
るエジェクタと、を更に備える。又、前記第２燃料電池
を出た第２のアノード排ガスを第２のカソード排ガスで
燃焼させる触媒燃焼器を更に備え、前記第１改質器では
燃料ガスが前記第１燃料電池を出た第１のカソード排ガ
スにより燃焼して第１改質用ガスを改質し、前記第２改
質器では前記触媒燃焼器を出た燃焼排ガスにより第２改
質用ガスを改質する、ことが好ましい。更に、燃料ガス
から硫黄分を除去する脱硫器を更に備える、ことが好ま
しい。
１改質器に供給される燃料ガスの圧力を下げる減圧オリ
フィスと、燃料ガスに前記第１アノード排ガスを混合す
るエジェクタと、を更に備える。又、前記第２燃料電池
を出た第２のアノード排ガスを第２のカソード排ガスで
燃焼させる触媒燃焼器を更に備え、前記第１改質器では
燃料ガスが前記第１燃料電池を出た第１のカソード排ガ
スにより燃焼して第１改質用ガスを改質し、前記第２改
質器では前記触媒燃焼器を出た燃焼排ガスにより第２改
質用ガスを改質する、ことが好ましい。更に、燃料ガス
から硫黄分を除去する脱硫器を更に備える、ことが好ま
しい。
【００１１】
【作用】本発明は、改質器と燃料電池とをそれぞれ２台
づつ備え、第１の燃料電池で発生した水蒸気を第２の改
質器の改質用に利用することにより、改質用水蒸気の量
を全体として低減するものである。又、第１の燃料電池
を比較的低い安全な燃料利用率で運転し、アノード排ガ
スに残る燃料を第２の燃料電池で更に反応させることに
より、全体として高い燃料利用率を得るものである。
づつ備え、第１の燃料電池で発生した水蒸気を第２の改
質器の改質用に利用することにより、改質用水蒸気の量
を全体として低減するものである。又、第１の燃料電池
を比較的低い安全な燃料利用率で運転し、アノード排ガ
スに残る燃料を第２の燃料電池で更に反応させることに
より、全体として高い燃料利用率を得るものである。
【００１２】すなわち、上記本発明の構成によれば、燃
料ガスに水蒸気が混合された第１の改質用ガスを水素を
含む第１のアノードガスに改質する第１の改質器と、前
記第１アノードガスと酸素を含むカソードガスとから電
気を発電する第１の燃料電池と、燃料ガスに前記第１燃
料電池を出た第１のアノード排ガスが混合された第２の
改質用ガスを水素を含む第２のアノードガスに改質する
第２の改質器と、前記第２アノードガスと酸素を含むカ
ソードガスとから電気を発電する第２の燃料電池と、か
らなるので、第１改質器で消費した水蒸気量のうち、第
１燃料電池での燃料利用率に相当する分（例えば６０
％）は、アノード反応により水蒸気に変換されて第２改
質器に供給される。従って、第２改質器には別個に水蒸
気を供給する必要がほとんどなく、改質用水蒸気の量を
全体として大幅に低減することができる。
料ガスに水蒸気が混合された第１の改質用ガスを水素を
含む第１のアノードガスに改質する第１の改質器と、前
記第１アノードガスと酸素を含むカソードガスとから電
気を発電する第１の燃料電池と、燃料ガスに前記第１燃
料電池を出た第１のアノード排ガスが混合された第２の
改質用ガスを水素を含む第２のアノードガスに改質する
第２の改質器と、前記第２アノードガスと酸素を含むカ
ソードガスとから電気を発電する第２の燃料電池と、か
らなるので、第１改質器で消費した水蒸気量のうち、第
１燃料電池での燃料利用率に相当する分（例えば６０
％）は、アノード反応により水蒸気に変換されて第２改
質器に供給される。従って、第２改質器には別個に水蒸
気を供給する必要がほとんどなく、改質用水蒸気の量を
全体として大幅に低減することができる。
【００１３】又、上記構成によれば、第１燃料電池と第
２燃料電池をそれぞれ燃料電池の電極を損傷させるおそ
れのない比較的低い燃料利用率（例えば６０％）で運転
しても、第１燃料電池での未反応分が更に第２燃料電池
で反応するので全体として高い燃料利用率を達成するこ
とができる。この場合、第１燃料電池を出た未反応ガス
は第２燃料電池に供給されるまでに配管内等で十分に混
合されるので、第２燃料電池内でのガスの拡散が必ずし
も完全でなくとも、部分的に燃料が不足する反応部分が
できることがなく、燃料電池の電極を損傷させるおそれ
がほとんどない。
２燃料電池をそれぞれ燃料電池の電極を損傷させるおそ
れのない比較的低い燃料利用率（例えば６０％）で運転
しても、第１燃料電池での未反応分が更に第２燃料電池
で反応するので全体として高い燃料利用率を達成するこ
とができる。この場合、第１燃料電池を出た未反応ガス
は第２燃料電池に供給されるまでに配管内等で十分に混
合されるので、第２燃料電池内でのガスの拡散が必ずし
も完全でなくとも、部分的に燃料が不足する反応部分が
できることがなく、燃料電池の電極を損傷させるおそれ
がほとんどない。
【００１４】
【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図１は、本発明による燃料電池発電装置
の全体構成図である。この図において、本発明の燃料電
池発電装置は、燃料ガス１に水蒸気２が混合された第１
の改質用ガス３を水素を含む第１のアノードガス４に改
質する第１の改質器２０と、第１アノードガス４と酸素
を含むカソードガス５とから電気を発電する第１の燃料
電池２１と、燃料ガス１に第１燃料電池２１を出た第１
のアノード排ガス６が混合された第２の改質用ガス７を
水素を含む第２のアノードガス８に改質する第２の改質
器２２と、第２アノードガス８と酸素を含むカソードガ
ス５とから電気を発電する第２の燃料電池２３とを備え
る。
して説明する。図１は、本発明による燃料電池発電装置
の全体構成図である。この図において、本発明の燃料電
池発電装置は、燃料ガス１に水蒸気２が混合された第１
の改質用ガス３を水素を含む第１のアノードガス４に改
質する第１の改質器２０と、第１アノードガス４と酸素
を含むカソードガス５とから電気を発電する第１の燃料
電池２１と、燃料ガス１に第１燃料電池２１を出た第１
のアノード排ガス６が混合された第２の改質用ガス７を
水素を含む第２のアノードガス８に改質する第２の改質
器２２と、第２アノードガス８と酸素を含むカソードガ
ス５とから電気を発電する第２の燃料電池２３とを備え
る。
【００１５】改質器２０、２２は、燃焼ガスにより高温
となる燃焼室Ｃｏと、燃焼室からの伝熱により改質用ガ
スを改質する改質室Ｒｅとからなる。改質器２０、２２
は、燃焼室Ｃｏと改質室Ｒｅを平面状にし、これを複数
積層させたプレート型改質器であるのがよいがこれに限
られるものではなく、通常のチューブ型改質器であって
もよい。改質室Ｒｅ内には改質触媒が充填され、燃焼室
Ｃｏの高熱により改質用ガスを水素を含む高温のアノー
ドガス４、８に改質する。放熱により温度が下がった燃
焼排ガス１３は、図示しない系外に排出され、空気予熱
器、凝縮器、気液分離器、燃料予熱器等で熱回収と水分
を除去され、酸素及び二酸化炭素を含むカソードガス５
として系内に再循環される。
となる燃焼室Ｃｏと、燃焼室からの伝熱により改質用ガ
スを改質する改質室Ｒｅとからなる。改質器２０、２２
は、燃焼室Ｃｏと改質室Ｒｅを平面状にし、これを複数
積層させたプレート型改質器であるのがよいがこれに限
られるものではなく、通常のチューブ型改質器であって
もよい。改質室Ｒｅ内には改質触媒が充填され、燃焼室
Ｃｏの高熱により改質用ガスを水素を含む高温のアノー
ドガス４、８に改質する。放熱により温度が下がった燃
焼排ガス１３は、図示しない系外に排出され、空気予熱
器、凝縮器、気液分離器、燃料予熱器等で熱回収と水分
を除去され、酸素及び二酸化炭素を含むカソードガス５
として系内に再循環される。
【００１６】燃料電池２１、２３は、アノードガスが通
過するアノード側Ａと、カソードガスが通過するカソー
ド側Ｃとからなり、アノードガス中の水素、一酸化炭素
と、カソードガス中の酸素、二酸化炭素とから上述した
化学反応により電気を発電するようになっている。燃料
電池２１、２３は、溶融炭酸塩型燃料電池であるのが良
い。
過するアノード側Ａと、カソードガスが通過するカソー
ド側Ｃとからなり、アノードガス中の水素、一酸化炭素
と、カソードガス中の酸素、二酸化炭素とから上述した
化学反応により電気を発電するようになっている。燃料
電池２１、２３は、溶融炭酸塩型燃料電池であるのが良
い。
【００１７】本発明による燃料電池発電装置は、更に、
第１改質器２０に供給される燃料ガス１の圧力を下げる
減圧オリフィス２４と、燃料ガス１に第１アノード排ガ
ス６を混合するエジェクタ２５と、を更に備える。これ
により、燃料ガス１を第１アノード排ガス６より高い圧
力に保持することができ、エジェクタ２５により低圧の
第１アノード排ガス６を吸引し、燃料ガス１に混合させ
ることができる。
第１改質器２０に供給される燃料ガス１の圧力を下げる
減圧オリフィス２４と、燃料ガス１に第１アノード排ガ
ス６を混合するエジェクタ２５と、を更に備える。これ
により、燃料ガス１を第１アノード排ガス６より高い圧
力に保持することができ、エジェクタ２５により低圧の
第１アノード排ガス６を吸引し、燃料ガス１に混合させ
ることができる。
【００１８】本発明による燃料電池発電装置は、更に、
第２燃料電池２３を出た第２のアノード排ガス９を第２
のカソード排ガス１０で燃焼させる触媒燃焼器２６を更
に備える。この触媒燃焼器２６内には、ニッケルを主成
分とするハニカム状の燃焼触媒が充填されており、アノ
ード排ガスに含まれる未燃分をカソード排ガスに含まれ
る酸素により燃焼させるようになっている。この触媒燃
焼器２６で発生した高温の燃焼排ガス１２は改質器１０
の燃焼室Ｃｏに供給される。なお、触媒燃焼器２６を設
けず、改質器２２の燃焼室Ｃｏでアノード排ガス９に含
まれる未燃分をカソード排ガス１０に含まれる酸素によ
り燃焼させてもよい。かかる構成により、第１改質器２
０では燃料ガス１が第１燃料電池２１を出た第１のカソ
ード排ガス１１により燃焼して第１改質用ガス３を改質
し、第２改質器２２では触媒燃焼器２６を出た燃焼排ガ
ス１２により第２改質用ガス７を改質することができ
る。
第２燃料電池２３を出た第２のアノード排ガス９を第２
のカソード排ガス１０で燃焼させる触媒燃焼器２６を更
に備える。この触媒燃焼器２６内には、ニッケルを主成
分とするハニカム状の燃焼触媒が充填されており、アノ
ード排ガスに含まれる未燃分をカソード排ガスに含まれ
る酸素により燃焼させるようになっている。この触媒燃
焼器２６で発生した高温の燃焼排ガス１２は改質器１０
の燃焼室Ｃｏに供給される。なお、触媒燃焼器２６を設
けず、改質器２２の燃焼室Ｃｏでアノード排ガス９に含
まれる未燃分をカソード排ガス１０に含まれる酸素によ
り燃焼させてもよい。かかる構成により、第１改質器２
０では燃料ガス１が第１燃料電池２１を出た第１のカソ
ード排ガス１１により燃焼して第１改質用ガス３を改質
し、第２改質器２２では触媒燃焼器２６を出た燃焼排ガ
ス１２により第２改質用ガス７を改質することができ
る。
【００１９】本発明による燃料電池発電装置は、更に、
燃料ガス１から硫黄分を除去する脱硫器２７を更に備え
る。硫黄分を含む天然ガス等の燃料ガス１は脱硫器２７
により脱硫された後、第１改質器２０の改質室Ｒｅと燃
焼室Ｃｏ、及び第２改質器２２の改質室Ｒｅにそれぞれ
供給される。
燃料ガス１から硫黄分を除去する脱硫器２７を更に備え
る。硫黄分を含む天然ガス等の燃料ガス１は脱硫器２７
により脱硫された後、第１改質器２０の改質室Ｒｅと燃
焼室Ｃｏ、及び第２改質器２２の改質室Ｒｅにそれぞれ
供給される。
【００２０】上述したように、本発明は改質器と燃料電
池とをそれぞれ２台づつ備え、第１の燃料電池で発生し
た水蒸気を第２の改質器の改質用に利用することによ
り、改質用水蒸気の量を全体として低減するものであ
る。又、第１の燃料電池を安全な燃料利用率で運転し、
アノード排ガスに残る燃料を第２の燃料電池で更に反応
させることにより、全体として高い燃料利用率を得るも
のである。
池とをそれぞれ２台づつ備え、第１の燃料電池で発生し
た水蒸気を第２の改質器の改質用に利用することによ
り、改質用水蒸気の量を全体として低減するものであ
る。又、第１の燃料電池を安全な燃料利用率で運転し、
アノード排ガスに残る燃料を第２の燃料電池で更に反応
させることにより、全体として高い燃料利用率を得るも
のである。
【００２１】すなわち、上記本発明の構成によれば、燃
料ガス１に水蒸気２が混合された第１の改質用ガス３を
水素を含む第１のアノードガス４に改質する第１の改質
器２０と、第１アノードガス４と酸素を含むカソードガ
ス５とから電気を発電する第１の燃料電池２１と、燃料
ガス１に第１燃料電池２１を出た第１のアノード排ガス
１１が混合された第２の改質用ガス７を水素を含む第２
のアノードガス８に改質する第２の改質器２２と、第２
アノードガス８と酸素を含むカソードガス５とから電気
を発電する第２の燃料電池２３と、からなるので、第１
改質器２０で消費した水蒸気量のうち、第１燃料電池２
１での燃料利用率に相当する分（例えば６０％）は、ア
ノード反応により水蒸気に変換されて第２改質器２２に
供給される。従って、第２改質器２２には別個に水蒸気
を供給する必要がほとんどなく、改質用水蒸気の量を全
体として大幅に低減することができる。
料ガス１に水蒸気２が混合された第１の改質用ガス３を
水素を含む第１のアノードガス４に改質する第１の改質
器２０と、第１アノードガス４と酸素を含むカソードガ
ス５とから電気を発電する第１の燃料電池２１と、燃料
ガス１に第１燃料電池２１を出た第１のアノード排ガス
１１が混合された第２の改質用ガス７を水素を含む第２
のアノードガス８に改質する第２の改質器２２と、第２
アノードガス８と酸素を含むカソードガス５とから電気
を発電する第２の燃料電池２３と、からなるので、第１
改質器２０で消費した水蒸気量のうち、第１燃料電池２
１での燃料利用率に相当する分（例えば６０％）は、ア
ノード反応により水蒸気に変換されて第２改質器２２に
供給される。従って、第２改質器２２には別個に水蒸気
を供給する必要がほとんどなく、改質用水蒸気の量を全
体として大幅に低減することができる。
【００２２】例えば、改質する燃料ガス１（メタン、Ｃ
Ｈ4 と仮定する）の全体量を１００とし、そのうち６０
を第１改質器、４０を第２改質器に供給すると、Ｓ／Ｃ
比＝２の場合の水蒸気２の量は１２０であり、９０％改
質後の第１アノードガスの量は、燃料ガス６、水素１６
２、水蒸気６６となる。次いで、第１燃料電池２１の燃
料利用率が６０％とすると、第１アノード排ガス６の量
は、燃料ガス６、水素６４．８、水蒸気９８．４であ
り、第２改質用ガスの量は、燃料ガス４６、水素６４．
８、水蒸気９８．４となり、第２改質器におけるＳ／Ｃ
比は９８．４÷４６＝２．１４となる。従って、燃料電
池設備全体では、改質器におけるＳ／Ｃ比を２以上に保
持したまま、全体としてはＳ／Ｃ比＝１２０／１００＝
１．２まで大幅に低減することができる。
Ｈ4 と仮定する）の全体量を１００とし、そのうち６０
を第１改質器、４０を第２改質器に供給すると、Ｓ／Ｃ
比＝２の場合の水蒸気２の量は１２０であり、９０％改
質後の第１アノードガスの量は、燃料ガス６、水素１６
２、水蒸気６６となる。次いで、第１燃料電池２１の燃
料利用率が６０％とすると、第１アノード排ガス６の量
は、燃料ガス６、水素６４．８、水蒸気９８．４であ
り、第２改質用ガスの量は、燃料ガス４６、水素６４．
８、水蒸気９８．４となり、第２改質器におけるＳ／Ｃ
比は９８．４÷４６＝２．１４となる。従って、燃料電
池設備全体では、改質器におけるＳ／Ｃ比を２以上に保
持したまま、全体としてはＳ／Ｃ比＝１２０／１００＝
１．２まで大幅に低減することができる。
【００２３】又、上記構成によれば、第１燃料電池２１
と第２燃料電池２３をそれぞれ燃料電池の電極を損傷さ
せるおそれのない比較的低い燃料利用率（例えば６０
％）で運転すると、第１燃料電池２１の未反応分が更に
第２燃料電池２３で反応するので全体として高い燃料利
用率を達成することができる。この場合、第１燃料電池
２１を出た未反応ガスは第２燃料電池２３に供給される
までに配管内等で十分に混合されるので、第２燃料電池
２３内でのガスの拡散が必ずしも完全でなくとも、部分
的に燃料が不足する反応部分ができず、燃料電池の電極
を損傷させるおそれがほとんどない。
と第２燃料電池２３をそれぞれ燃料電池の電極を損傷さ
せるおそれのない比較的低い燃料利用率（例えば６０
％）で運転すると、第１燃料電池２１の未反応分が更に
第２燃料電池２３で反応するので全体として高い燃料利
用率を達成することができる。この場合、第１燃料電池
２１を出た未反応ガスは第２燃料電池２３に供給される
までに配管内等で十分に混合されるので、第２燃料電池
２３内でのガスの拡散が必ずしも完全でなくとも、部分
的に燃料が不足する反応部分ができず、燃料電池の電極
を損傷させるおそれがほとんどない。
【００２４】例えば、上述の例で、９０％改質後の第２
アノードガス８の量は、燃料ガス４．６、水素１８９、
水蒸気５７であり、第２燃料電池２３の燃料利用率を６
０％とすると、第２アノード排ガス９の量は、燃料ガス
４．６、水素７５．６、水蒸気９４．８となり、燃料電
池全体の燃料利用率は、（１６２＋１８９−７５．６）
／（１６２＋１８９）×１００＝７８．５％となり、全
体として高い燃料利用率を達成することができる。
アノードガス８の量は、燃料ガス４．６、水素１８９、
水蒸気５７であり、第２燃料電池２３の燃料利用率を６
０％とすると、第２アノード排ガス９の量は、燃料ガス
４．６、水素７５．６、水蒸気９４．８となり、燃料電
池全体の燃料利用率は、（１６２＋１８９−７５．６）
／（１６２＋１８９）×１００＝７８．５％となり、全
体として高い燃料利用率を達成することができる。
【００２５】
【発明の効果】上述したように、本発明の燃料電池発電
装置によれば、改質に必要な水蒸気量を大幅に低減する
ことにより、燃料電池に供給される水蒸気の分圧を下げ
て燃料電池における反応を促進し、同時に装置を小形化
することができ、かつ、燃料電池を損傷させることな
く、高い燃料利用率で燃料電池発電装置を運転すること
ができる。
装置によれば、改質に必要な水蒸気量を大幅に低減する
ことにより、燃料電池に供給される水蒸気の分圧を下げ
て燃料電池における反応を促進し、同時に装置を小形化
することができ、かつ、燃料電池を損傷させることな
く、高い燃料利用率で燃料電池発電装置を運転すること
ができる。
【図１】本発明による燃料電池発電装置の全体構成図で
ある。
ある。
１ 燃料ガス ２ 水蒸気 ３ 第１改質用ガス ４ 第１アノードガス ５ カソードガス ６ 第１アノード排ガス ７ 第２の改質用ガス ８ 第２アノードガス ９ 第２アノード排ガス １０ 第２カソード排ガス １１ 第１カソード排ガス １２ 燃焼排ガス １３ 燃焼排ガス ２０ 第１改質器 ２１ 第１燃料電池 ２２ 第２改質器 ２３ 第２燃料電池 ２４ 減圧オリフィス ２５ エジェクタ ２６ 触媒燃焼器 ２７ 脱硫器 Ｃｏ 燃焼室 Ｒｅ 改質室 Ａ アノード側 Ｃ カソード側
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料ガスに水蒸気が混合された第１の改
質用ガスを水素を含む第１のアノードガスに改質する第
１の改質器と、 前記第１アノードガスと酸素を含むカソードガスとから
電気を発電する第１の燃料電池と、 燃料ガスに前記第１燃料電池を出た第１のアノード排ガ
スが混合された第２の改質用ガスを水素を含む第２のア
ノードガスに改質する第２の改質器と、 前記第２アノードガスと酸素を含むカソードガスとから
電気を発電する第２の燃料電池と、を備えることを特徴
とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】 前記第１改質器に供給される燃料ガスの
圧力を下げる減圧オリフィスと、燃料ガスに前記第１ア
ノード排ガスを混合するエジェクタと、を更に備えるこ
とを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項３】 前記第２燃料電池を出た第２のアノード
排ガスを第２のカソード排ガスで燃焼させる触媒燃焼器
を更に備え、 前記第１改質器では燃料ガスが前記第１燃料電池を出た
第１のカソード排ガスにより燃焼して第１改質用ガスを
改質し、 前記第２改質器では前記触媒燃焼器を出た燃焼排ガスに
より第２改質用ガスを改質する、ことを特徴とする請求
項２に記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項４】 燃料ガスから硫黄分を除去する脱硫器を
更に備える、ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電
池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24903992A JP3257604B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24903992A JP3257604B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06104000A true JPH06104000A (ja) | 1994-04-15 |
| JP3257604B2 JP3257604B2 (ja) | 2002-02-18 |
Family
ID=17187097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24903992A Expired - Fee Related JP3257604B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3257604B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008004435A1 (en) * | 2006-07-05 | 2008-01-10 | Nippon Oil Corporation | Indirect inside reforming solid oxide fuel cell system |
| US7341610B2 (en) | 2000-12-01 | 2008-03-11 | Nucellsys Gmbh | Fuel cell system having two reformation reactors and method for operating same |
| EP2445111A2 (en) | 2010-09-27 | 2012-04-25 | Panasonic Electric Works Power Tools Co., Ltd. | Brushless motor driving circuit |
| US20180261869A1 (en) * | 2015-08-10 | 2018-09-13 | Nissan Motor Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell system |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02170368A (ja) * | 1988-12-22 | 1990-07-02 | Jgc Corp | 燃料電池の発電システム |
| JPH04129174A (ja) * | 1990-09-19 | 1992-04-30 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP24903992A patent/JP3257604B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02170368A (ja) * | 1988-12-22 | 1990-07-02 | Jgc Corp | 燃料電池の発電システム |
| JPH04129174A (ja) * | 1990-09-19 | 1992-04-30 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7341610B2 (en) | 2000-12-01 | 2008-03-11 | Nucellsys Gmbh | Fuel cell system having two reformation reactors and method for operating same |
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| JP2008016277A (ja) * | 2006-07-05 | 2008-01-24 | Nippon Oil Corp | 間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システム |
| US8841039B2 (en) | 2006-07-05 | 2014-09-23 | Nippon Oil Corporation | Indirect internal reforming solid oxide fuel cell system |
| EP2445111A2 (en) | 2010-09-27 | 2012-04-25 | Panasonic Electric Works Power Tools Co., Ltd. | Brushless motor driving circuit |
| US8779708B2 (en) | 2010-09-27 | 2014-07-15 | Panasonic Corporation | Brushless motor driving circuit |
| US20180261869A1 (en) * | 2015-08-10 | 2018-09-13 | Nissan Motor Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell system |
| US10686204B2 (en) * | 2015-08-10 | 2020-06-16 | Nissan Motor Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3257604B2 (ja) | 2002-02-18 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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