JPH0613096A - 燃料電池発電装置における改質方法及び装置 - Google Patents

燃料電池発電装置における改質方法及び装置

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JPH0613096A
JPH0613096A JP4190118A JP19011892A JPH0613096A JP H0613096 A JPH0613096 A JP H0613096A JP 4190118 A JP4190118 A JP 4190118A JP 19011892 A JP19011892 A JP 19011892A JP H0613096 A JPH0613096 A JP H0613096A
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reformer
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gas
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健三 中沢
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で高改質率を得る。 【構成】 メタン等の原燃料をＨ2 及びＣＯに改質する
改質器１と、該改質器１で改質されたガス中のＨ2 を消
費してＨ2 Ｏ、ＣＯ2 として排出する燃料極４を有する
燃料電池Ｉとを有する発電装置において、上記燃料電池
Ｉの下流側に改質器５を設ける。改質器５は容器内に改
質用触媒を充填した簡単な構造とし、容器の一端側から
ガスを導入して他端側から排出させる。この間に、改質
器１で未改質のまま残っている原燃料を、燃料極出口ガ
スに含まれている水蒸気と燃料極出口ガスの保有する顕
熱のみで改質し、全体として改質率を高める。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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するエネルギー部門で
用いる燃料電池発電装置の発電効率を高めるために燃料
電池に用いる原燃料の改質率を高めるようにする改質方
法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池のうち、溶融炭酸塩型燃料電池
は、多孔質物質に電解質として溶融炭酸塩をしみ込ませ
てなる電解質板（タイル）を、燃料極と酸素極（空気
極）とで挟み、燃料極側へ燃料ガスを供給するようにす
ると共に、酸素極側へ酸化ガスを供給するようにしたも
のを１セルとし、各セルをセパレータを介し多層に積層
してスタックとした構成としてある。
【０００３】従来、かかる溶融炭酸塩型燃料電池を用い
た発電装置は、メタン、ＬＰＧ、ナフサ、等の炭化水素
を原燃料とし、これら原燃料に、通常は２〜４倍（モル
比）の水蒸気を混入し、改質用触媒の存在下で６００〜
９００℃の温度で接触させて、原燃料を水蒸気改質し、
得られた改質ガスを燃料ガスとして燃料電池の燃料極へ
供給するようにしてあり、一方、燃料電池の酸素極に
は、予熱された空気や、改質器で加熱源として用いた燃
焼ガスの排ガスを酸化ガスとして供給するようにし、酸
素極側での反応と燃料極側での反応を行わせて発電させ
るようにしてある。
【０００４】従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置は、
基本的には図９に概略を示す如く、メタンＣＨ4 の如き
原燃料（以下、説明の便宜上、代表例としてメタンにつ
いて説明する）を改質してＨ2 とＣＯにする改質器１が
あり、且つ該改質器１で改質された燃料ガス（Ｈ2 、Ｃ
Ｏ）ＦＧを燃料電池Ｉの燃料極４に供給するようにし、
一方、電解質板２を挟んで配置される酸素極３には、酸
化ガスＯＧを供給するようにした構成としてあり、上記
酸素極３側で、 ＣＯ2 ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →ＣＯ3 -- の反応が行われて、炭酸イオンＣＯ3 --が生じると、こ
の炭酸イオンＣＯ3 --が電解質板２中を泳動して燃料極
４側に到達し、燃料極４側では、供給された上記燃料ガ
スＩが流れる間に、 ＣＯ3 --＋Ｈ2 →Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ2 ＋２ｅ- の反応が行われるようにしてある。
【０００５】上記溶融炭酸塩型燃料電池における反応に
おいては、改質器１で改質されたガスのみが寄与し、原
燃料のメタンＣＨ4 は不活性である。したがって、改質
されて燃料極４に供給される燃料ガスＦＧ中に含まれる
ＣＨ4 の比率は、燃料電池の発電効率に直接影響するも
のであり、残留しているメタンの量を限りなく零に近づ
けること、すなわち、改質率を限りなく１００％に近づ
けることが望まれるところである。
【０００６】改質器１でのメタンＣＨ4 の改質反応で
は、種々の反応が同時に考えられるが、事実上、次の２
つの反応に集約される。
【０００７】 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 (1) ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 (2) 上記ＣＨ4 の改質においては、圧力が低くなるに従い、
又、温度が高くなるほど、残留ＣＨ4 の量は減少するこ
とが知られている。上記改質反応式(1) は吸熱反応、Ｃ
Ｏシフト反応式(2) は反熱反応であるが、全体としては
吸熱であるから、改質器１では加熱してやらなければな
らない。熱経済上からは、水蒸気とＣＨ4 の比（Ｓ／Ｃ
＝Ｒ）は出来るだけ低く保って所要のＣＨ4 濃度を得る
ことが望ましく、出口ＣＨ4 濃度１０％の場合につい
て、圧力、温度の関係をＲをパラメーターにとって表わ
すと、図１０のようになる。すなわち、Ｒを一定にして
改質圧力を上げれば、一定のＣＨ4 濃度を得るために
は、図９から改質温度を上げなければならないことがわ
かる。したがって、改質器としては、高温高圧に耐える
ものとして、一般に、２５Ｃｒ−２０Ｎｉの超鋼が使用
されている。しかし、使用温度が上がれば、材料の耐用
年数は著しく短かくなるので、現在では、工業的に使用
される材質の最高使用可能温度は９５０℃〜１０００℃
とされている。
【０００８】なお、上記した改質器１での反応式(1) と
(2) は、ほとんど同時に進行されているが、ここでは、
単純化するために、近似的にすべて(1) ＋(2) とし、 ＣＨ4 ＋２Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋４Ｈ2 なる反応が行われるものとする。又、燃料電池の反応に
よりＣＯ2 の成分が増加するが、このＣＯ2 成分の増加
は、どちらかといえば改質反応を促進する働きがあり、
よい効果が期待できるので、実害がなく、したがって、
無視している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、燃料電池プ
ラントの発電効率Ａは、図９に示している改質器の改質
率Ｂと、燃料電池Ｉの発電効率Ｃの積で決って来る。つ
まり、 Ａ＝Ｂ×Ｃ である。
【００１０】したがって、燃料電池発電プラントの発電
効率（総合発電効率）Ａを上げるためには、改質率Ｂを
限りなく１００％に近づけることが望ましいが、上述し
た如く、改質率を高くするには、圧力を低くするか、温
度を高くすることにより可能である。
【００１１】一方、燃料電池の発電効率Ｃを高くするに
は、図１１に示す如く、システム圧力を上昇させて行く
ことにより高くして行くことができる。したがって、上
記総合発電効率Ａを高めるためには、燃料電池の発電効
率Ｃを上昇させる目的でシステム圧力を上昇させればよ
いが、その反面、改質率Ｂは圧力の上昇とともに低下し
てしまうことになる。
【００１２】たとえば、改質温度７８０℃を一定とし
て、圧力を上げると、改質率Ｂは、図１２に示す如く、
低下して行き、その結果、総合発電効率Ａも低下する。
圧力８ａｔａにおいて、３ａｔａにおけるよりも総合発
電効率Ａを向上させるためには、改質温度を８６５℃以
上とし、改質率Ｂを０．９６以上としなければならず、
更に、改質率を高めて９９％を得るためには更に高温で
改質しなければならないことになり、技術的に困難とな
って来る。
【００１３】そこで、本発明は、圧力が高くても簡単な
構成で改質率を１００％に近付くように向上させること
ができるようにしようとするものである。
【００１４】
【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、上流側の改質器で改質されて燃料電池の
燃料極へ供給され更に該燃料極から排出されたガス中に
残留している未改質燃料を、燃料電池の燃料極側の反応
で得られた水蒸気と該ガスのもつ顕熱のみを利用して改
質させ、残留未改質燃料を減少させるようにする方法及
び装置とする。
【００１５】又、装置としては、容器内に改質用触媒を
充填し、容器の一方の入口から燃料極出口ガスを容器内
に導入して改質用触媒と接触させながら通過させ、容器
の他方の出口から排出させるようにした構成とする。
又、上記容器を、円筒状又は管状とし、且つ一端又は両
端に改質用触媒の交換用蓋を設けた構成としてもよい。
【００１６】更に、上記容器内に充填する改質用触媒を
複数のブロックに区画し、ブロックとした改質用触媒を
部分的に交換できるようにすることとしてもよい。
【００１７】更に又、上記容器を２重構造として、内筒
内又は内筒と外筒との間に改質用触媒を充填する構成と
してもよく、更に、上記の改質用触媒充填部への入口近
くに、炭酸塩吸着剤を設置し、改質用触媒充填部と平行
に流れた燃料極出口ガスが炭酸塩吸着剤を通って改質用
触媒と接触しながら通過するような構成とすることがで
きる。
【００１８】
【作用】燃料電池の燃料極から排出されたガスを改質す
ることにより、上流側の改質器で未改質のまま残留して
いる原燃料を減少させることができて、高圧でも全体と
して高い改質率が得られることになる。上記燃料極出口
ガスの改質では、該燃料極の反応で生じた水蒸気とガス
の保有する顕熱のみを利用するだけであるため、簡単な
構成で高改質率が実現できることになる。
【００１９】又、改質器としての容器を長さ方向にフリ
ーとしておくことにより、温度差で伸縮することがあっ
ても熱伸縮を吸収することが可能となる。
【００２０】更に、燃料極出口ガスには、改質用触媒を
劣化させる炭酸塩の水蒸気が含まれているが、改質用触
媒をブロック別に区画しておけば、劣化した部分のみを
交換できる。又、容器を２重構造として内筒内又は内外
筒間に改質用触媒を充填することにより、燃料電池の燃
料極からの排ガスを内筒と外筒の間又は内筒内を反転さ
せ、再生式熱交換を行わせることができ、改質部分の出
口付近が燃料電池の燃料極より排出された直後のガスに
より加熱されることになって、改質器出口温度を最高に
維持することができることになる。又、炭酸塩吸着剤を
設置しておけば、改質用触媒の劣化を未然に防止するこ
とが可能となる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【００２２】図１は本発明を実施する溶融炭酸塩型燃料
電池発電装置の概要の一例を示すもので、図９に示した
と同様に、電解質板２を酸素極３と燃料極４で両面から
挟み、酸素極３側へ酸化ガスＯＧを供給すると共に、燃
料極４側へ燃料ガスＦＧを供給するようにしてある溶融
炭酸塩型燃料電池Ｉの上流側に、改質用触媒を充填した
改質室１ａと、燃焼室１ｂとからなる改質器１を設置
し、原燃料としてのメタンＣＨ4 を改質室１ａに導入し
て改質反応を行わせることにより改質し、改質された燃
料ガスＦＧを燃料極４に燃料として供給するようにし、
更に、上記燃料電池Ｉの下流側に別の燃料電池ＩＩを設
置して直列に接続し、下流側の燃料電池ＩＩの酸素極出
口ガスの一部及び燃料極出口ガスを改質器１の燃焼室１
ｂに導入し、燃料電池の燃料極で未消費であるＨ2 やＣ
Ｏ及び改質器１で未改質のまま残った原燃料（メタン）
を燃焼室１ｂで燃焼させるようにした構成において、上
記燃料電池Ｉの燃料極４から排出されたガス（燃料極出
口ガス）中に含まれている未改質原燃料、すなわち、上
流側の改質器１で改質されずに残留しているメタンを、
改質して減少させ、トータルとして改質率を高めるよう
にする。
【００２３】そのために、燃料電池Ｉの燃料極４の出口
側に、改質室のみからなる改質器５を設置し、該改質器
５で燃料極出口ガスの顕熱のみで改質して残留メタン量
の減少したガスを別の燃料電池ＩＩの燃料極４へ供給さ
せるようにする。
【００２４】上記下流側の改質器５は、図２に一実施例
を示す如く、筒状にした容器６の内部に、改質用触媒７
を充填し、該容器６の一端側にガス入口８を設けると共
に、他端側にガス出口９を設けた簡単な構成とする。
【００２５】上記構成とした改質器５は、ガス入口８を
燃料電池Ｉの燃料極４の出口に接続し、ガス出口９を、
図１の例では燃料電池ＩＩの燃料極４入口に接続させて
用いるようにする。
【００２６】上記改質器５での改質反応は、上流側の改
質器１で未改質のまま残って燃料電池Ｉの燃料極４に入
り且つ該燃料極４から排出されたガス中に含まれている
未改質原燃料（残留メタン）を改質するために、上記燃
料極４から排出された燃料極出口ガスを容器６内の改質
用触媒７の充填部へ導入し、ここで、改質用触媒７と接
触させながら燃料極出口ガス中に含まれている残留メタ
ンを、燃料極４での電池反応により生じた水蒸気Ｈ2 Ｏ
と燃料極出口ガスが保有している顕熱のみを利用して改
質し、容器６のガス出口９から排出されるガス中に含ま
れる残留イオンを減少させて、全体として高改質率が得
られるようにする。
【００２７】上記燃料極出口ガスの有する顕熱のみで改
質を行う改質器５において、上流側改質器１での未改質
により残ったままの原燃料（メタン）の改質することに
より、残留メタン量を減少できて、残留メタン量を減少
させるほど全体としての燃料改質率を高めることができ
るが、実際上は、上記残留メタン量から直ちに改質率を
求めることはできない。すなわち、燃料極出口ガス中に
は、燃料電池Ｉの燃料極４で消費されなかった水素Ｈ2
が残存しているので、改質の平衡条件を知るには、この
残存しているＨ2 の量を改質前のＣＨ4 とＨ2 Ｏの量に
換算して、燃料極出口ガス中に含まれている未改質原燃
料としてのＣＨ4 とＨ2 Ｏの量に加算した値を残留メタ
ン量としなければならない。
【００２８】ここで、上記燃料極出口ガス中のＨ2 量を
改質前のメタン量に換算してその値を燃料極出口ガス中
の残留メタンの量に加えた数値を等価メタン量とし、同
時に、このＨ2 量に改質するために必要としたＨ2 Ｏ量
を算出し、現在排ガス中に存在するＨ2 Ｏ量に足したも
のを等価水蒸気量として、このときのＳ／Ｃ、すなわ
ち、等価Ｓ／Ｃ＝等価水蒸気量／等価メタン量をＲ、等
価メタン量の上流側改質器１入口における投入メタン量
に対する比率を等価メタン率と、それぞれ定義すると、
等価メタン率は、 ｐ＝１−Ｚ 但し、Ｚ＝ｕｒ1 で表わされる。ｒ1 は上流側改質器１の改質率、ｕは燃
料電池Ｉの燃料利用率である。
【００２９】等価メタン率がこのような簡単な関係式で
表わされるのは、燃料電池の反応でＨ2 の消費によりそ
れぞれ等量のＨ2 ＯとＣＯ2 が生成されるため、ガス組
成中の「Ｈ2 ＋Ｈ2 Ｏ」の総和は常に一定という原理に
よっているからである。
【００３０】今、投入メタン量をＭ、等価メタン量を
Ｐ、等価水蒸気量をＱ、等価Ｓ／ＣをＲとすると、等価
メタン量Ｐは、 Ｐ＝（１−ｒ1 ）Ｍ＋（１−ｕ）ｒ1 Ｍ であり、等価メタン率ｐはｐ＝Ｐ／Ｍであるから、 ｐ＝｛（１−ｒ1 ）Ｍ＋（１−ｕ）ｒ1 Ｍ｝／Ｍ ＝（１−ｒ1 ）＋（１−ｕ）ｒ1 ＝１−ｒ1 ＋ｒ1 −ｕｒ1 ＝１−ｕｒ1 ＝１−Ｚ 但し、Ｚ＝ｕｒ1 となる。等価水蒸気量Ｑは、 Ｑ＝４ｕｒ1 ＋（３−２ｒ1 ）＋４ｒ1 （１−ｕ）／２ ＝４ｕｒ1 ＋３−２ｒ1 ＋２ｒ1 −２ｒ1 ｕ ＝２ｕｒ1 ＋３ ＝２Ｚ＋３ 但し、Ｚ＝ｕｒ1 となる。
【００３１】更に、改質器５の改質率をｒ2 、改質器１
と５の総合改質率をｒt とすると、トータルとしての改
質率ｒt は、 ｒt ＝Ｚ（１−ｒ2 ）＋ｒ2 但し、Ｚ＝ｕｒ1 である。これは、改質器５を通過した後の残留メタン量
をＷとすると、Ｗは、 Ｗ＝Ｐ（１−ｒ2 ） で表わされる。トータルの改質率は、（１−残留メタン
量Ｗ／投入メタン量Ｍ）であるから、 １−ｒt ＝Ｗ／Ｍ＝Ｐ（１−ｒ2 ）／Ｍ である。但し、 Ｐ＝（１−ｒ1 ）Ｍ＋（１−ｕ）ｒ1 Ｍ ＝（１−Ｚ）Ｍ であるから、 １−ｒt ＝（１−Ｚ）（１−ｒ2 ） ｒt ＝１−（１−Ｚ）（１−ｒ2 ） ＝Ｚ（１−ｒ2 ）＋ｒ2 の関係が成り立つのである。
【００３２】そこで、本発明では、等価メタン率という
概念を導入し、以下に示す条件で改質を行ったところ、
全体として高改質率が得られた。
【００３３】なお、従来の改質器が図１に示す改質器１
のみである場合において、改質器１に供給される水蒸気
とメタンの比率が３：１、すなわち、Ｓ／Ｃ＝３で、且
つシステム圧力が８ａｔａであるときの改質率は、最大
でも９５％で、このときの温度は８５０℃以上である
が、これよりも更に高改質率を得るためには、９００℃
以上の高温で改質しなければならないことになるが、こ
の点本発明では低い改質温度で高改質率が得ることがで
きる。
【００３４】先ず、上流側改質器１でのＳ／Ｃは、上記
従来の場合と同じＳ／Ｃ＝３とし、システム圧力も８ａ
ｔａとした条件において、上記改質器１での改質温度＝
７８０℃、燃料電池Ｉでの燃料利用率＝８０％、燃料極
出口ガスの出口温度＝６８０℃、改質器５での等価メタ
ン率＝３２％、等価Ｓ／Ｃ＝１３．６、改質温度＝６６
０℃の条件で実施したところ、上流側改質器１での改質
率は８４．６％であったが、燃料電池Ｉ下流の改質器５
では９７％の改質率が得られ、全体としては９９％の高
改質率が得られた。
【００３５】次に、上流側改質器１でのＳ／Ｃを３．
５、システム圧力を２．７ａｔａとした条件の下で、上
流側改質器１の改質温度＝６６０℃、燃料電池Ｉでの燃
料利用率＝７０％、燃料極出口ガスの出口温度＝６８０
℃、改質器５での等価メタン率＝４４％、等価Ｓ／Ｃ＝
１０．５、改質温度６６０℃の条件にて実施したとこ
ろ、上流側改質器１での改質率は８０％であったが、改
質器５での改質率は９７．５％であり、トータルとして
の改質率（総合改質率）としては、９８．９％の高改質
率が得られた。
【００３６】以上は本発明の一実施例について示したも
のであるが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
【００３７】図３は本発明の特徴とする改質器５を構成
する容器６の他の例を示すもので、容器本体６ａと蓋６
ｂとからなる構成とし、容器本体６ａを円筒状又は管状
として、その内側に改質用触媒を充填するようにし、且
つ容器本体６ａの一端又は両端（図では両端の場合を示
している）に蓋６ｂを設けて、内部の改質用触媒の交換
が容易にできるようにしたものである。
【００３８】燃料電池Ｉの燃料極４から排出される燃料
極出口ガス中には、改質用触媒を劣化させる炭酸塩蒸気
が含まれており、この炭酸塩蒸気を含む燃料極出口ガス
を容器内に導入して改質用触媒と接触させながら該燃料
極出口ガスの顕熱のみで改質を行う際に、炭酸塩蒸気に
よって一部の改質用触媒が劣化するおそれがある。
【００３９】その対策の１つとして、劣化した改質用
触媒を新しい改質用触媒と交換する方法と、容器の中
で再生式熱交換を行わせ、一旦４５０℃位まで温度を下
げて炭酸塩蒸気を凝縮させ、ガス中より除去させると同
時に改質器出口温度を高く維持する方法とがあるが、図
３の実施例は、の方法により劣化する一部の改質用触
媒を定期的に交換することができるようにしたものであ
り、定期的に蓋６ｂを開けて一部の改質用触媒を交換す
ることによって改質機能を維持させることを可能とす
る。又、図３の実施例では、図２に示す例の場合と同様
に、ガス入口８から導入された燃料極出口ガスは改質の
ために一部の熱を消費し若干温度が低下したのちガス出
口９から排出されるため、燃焼を全く行わずに該燃料極
出口ガスの顕熱のみで改質を行う改質率の向上が図れる
と共に、設置に広いスペースをとることがない利点があ
る。
【００４０】図４は別の実施例を示すもので、図３と同
様な構成において、容器本体６ａ内に充填する改質用触
媒７を容器本体６ａの長手方向に複数（たとえば、３〜
５個）の区画に分割してブロック７ａ，７ｂ，７ｃ，７
ｄとし、いずれかのブロックを犠牲触媒部として、燃料
極出口ガス中の炭酸塩蒸気による劣化の度合に応じて改
質用触媒をブロックとして交換するようにしたものであ
る。
【００４１】この実施例によると、改質用触媒の交換を
容易に且つ部分的にできる利点がある。
【００４２】次に、図５（イ）は本発明の更に別の実施
例を示すもので、前記した炭酸塩蒸気による改質用触媒
の劣化の対策のうち、の方法に対応させるようにした
ものである。
【００４３】すなわち、改質器５を構成する容器６の他
の例として、容器本体６ａを円筒状又は管状として内筒
６ｃと外筒６ｄからなる２重構造とし、内筒６ｃ内に改
質用触媒７を充填して改質室とすると共に、外筒６ｄの
一端側にガス入口８を、又、内筒６ｃの一端側にガス出
口９をそれぞれ設け、且つ内筒６ｃの他端をフリーとし
て、ガス入口８から入った排ガスを内筒６ｃへ反転して
流すことによりガスの再生式熱交換を行わせ、改質室出
口温度を高く維持するようにしたものである。又、図５
（ロ）は図５（イ）の変形例を示すもので、内筒６ｃと
外筒６ｄの間に改質用触媒７を充填して改質室とし、一
端側の中央部にガス入口８を設け、一端側の外筒６ｄに
ガス出口９を設けたものであり、内筒６ｃ内を一端側か
ら他端側へ流した排ガスを、内筒６ｃと外筒６ｄの間を
反転させて再生式熱交換を行わせるようにするものであ
る。
【００４４】図６は別の実施例を示すもので、図５
（イ）の構成において、該内筒６ｃの他端側と外筒６ｄ
との間にセラミックスのフェルト等からなる炭酸塩吸着
剤１０をリング状に設置し、外筒６ｄの他端側に蓋６ｂ
を開閉自在に取り付けたものである。
【００４５】ガス入口８から約７００℃の燃料極出口ガ
スが入って来ると、このガスは外筒６ｄと内筒６ｃとの
間を通って他端側へ移り、ここで炭酸塩吸着剤１０に接
触する。燃料極出口ガス中の炭酸塩蒸気は、炭酸塩吸着
剤１０に付着すると共に、５００℃以下に冷却されるこ
とにより凝結させられてガスより分離させられる。炭酸
塩蒸気が除去された燃料極出口ガスは、改質室である内
筒６ｃ内に入ってガス出口９側へと改質用触媒７と接触
しながら移動させられ、この間に燃料極出口ガスは、ガ
ス入口８から導入されて炭酸塩吸着剤１０側へ流れる高
温の燃料極出口ガスの流れと対向流となって再び加熱さ
れ、約７００℃の温度で燃料極出口ガスの顕熱のみを利
用した改質が行われる。改質反応において内筒６ｃが温
度差で伸縮する場合は、内筒６ｃの一端がフリーとして
あるため、容易に熱伸縮を吸収することができる。
【００４６】図７は図６の変形例を示すもので、図５
（ロ）と同様に、改質用触媒７を外筒６ｄと内筒６ｃと
の間に充填して改質室とし、内筒６ｃ内の他端側に炭酸
塩吸着剤１０を配置し、且つ内筒６ｃの一端にガス入口
８を設け、外筒６ｄの一端側にガス出口９を設けたもの
である。
【００４７】この実施例でも図６の場合と同様に炭酸塩
蒸気を除去して残留メタンの改質を効率よく行うことが
できる。
【００４８】図８は更に他の変形例を示すもので、図６
に示す内筒６ｃの内側にセンターパイプ６ｅを同心状に
配し、該センターパイプ６ｅの他端側を支持させて一端
側をフリーとし、センターパイプ６ｅと内筒６ｃとの間
に改質用触媒７を充填して改質室とし、改質室を通過し
たガスがセンターパイプ６ｅ内へ一端側より入り、対向
流となるように流れて他端側より排出させられるように
したものである。
【００４９】この実施例では、たとえば、６８０℃の高
温でガス入口８より外筒６ｄ内に入って来た燃料極出口
ガスは、他端側へ移って炭酸塩吸着剤１０を通り、ここ
で４７０℃に温度を下げて炭酸塩吸着剤１０に吸着され
た炭酸塩蒸気を凝縮させる。炭酸塩蒸気が除去されたガ
スは改質用触媒７と接触しながら内筒６ｃの他端側から
一端側へ流れる間に加熱されて改質反応により改質が行
われ、ガス中に含まれている残留メタンが減少させられ
る。改質されたガスは、約６６０℃となってセンターパ
イプ６ｅ内を通り排出され、出口では約５００℃として
排出される。
【００５０】上記の改質反応により温度差によって内筒
６ｃ、センターパイプ６ｅは伸縮するが、それぞれ一方
の端がフリーとしてあるため、熱伸縮を吸収することが
できる。
【００５１】なお、本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池発
電装置において用いる場合について示したが、燃料極に
おける燃料電池反応でＨ2 Ｏを発生する他の燃料電池
（固体電解質型燃料電池等）にも適用できること、燃料
電池の下流側に改質器を設置して、上流側改質器と２段
にした場合を示したが、更に下流側に改質器を設置し
て、３段、４段としてもよいこと、図１乃至図８に示す
各改質器は図示の姿勢で設置してもよく、又、天地を逆
にして設置してもよく、あるいは横にして用いるように
してもよいこと、その他本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。
【００５２】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の燃料電池発電
装置における改質方法及び装置によれば、燃料電池の燃
料極への燃料ガスとして改質されて燃料極へ供給され、
該燃料極から排出された燃料極出口ガス中に残っている
未改質の原燃料を、燃料極での反応により生じた水蒸気
と燃料極出口ガスが保有する顕熱のみを利用して改質
し、残留している原燃料の量を減少させて、全体として
の改質率を高めるようにするので、改質器としては容器
内に改質用触媒を充填して改質室とした簡単な構造と運
転制御で高改質率が得られ、これに伴い、燃料電池上流
側の改質器での改質温度は高くしなくてもシステム圧力
が高い状況の下で高改質率が得られ、又、上記燃料極出
口ガスの顕熱のみで改質する改質器の容器に蓋を設け
て、改質用触媒を交換できるようにするか、あるいは、
改質用触媒を複数のブロックに区画して部分的な交換が
できるようにし、更には容器内部を２重もしくは３重構
造にして改質用触媒充填部にガスが移る手前位置に炭酸
塩吸着剤を設置する構成とすることにより、燃料極出口
ガス中に改質用触媒を劣化させる炭酸塩蒸気が含まれて
いて改質用触媒を部分的に劣化させても、劣化の度合い
によって簡単に改質用触媒を部分的に交換でき、又、か
かる炭酸塩蒸気を除去することによって未然に改質用触
媒の劣化を防止できる、等の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すシステム系統の概略図
である。
【図２】本発明における改質器の一例を示す概略図であ
る。
【図３】本発明における改質器の他の例を示す斜視図で
ある。
【図４】本発明における改質器の別の例を示す概略図で
ある。
【図５】本発明における改質器の更に他の例を示すもの
で、（イ）は容器を２重構造にし内筒内を改質室として
再生式熱交換を行わせるようにした概略図、（ロ）は内
筒と外筒の間を改質室として再生式熱交換を行わせるよ
うにした概略図である。
【図６】本発明における改質器の更に他の例を示す概略
図である。
【図７】図６の変形例を示す概略図である。
【図８】図６の更に他の変形例を示す概略図である。
【図９】従来の燃料電池発電装置の一部を示す概略図で
ある。
【図１０】改質器出口のメタン濃度１０％における改質
温度と圧力の関係を示す図である。
【図１１】システム圧力と燃料電池の発電効率の関係を
示す図である。
【図１２】改質温度を一定にしたときの圧力と改質率の
関係を示す図である。
【符号の説明】
Ｉ，ＩＩ 溶融炭酸塩型燃料電池 １ 上流側改質器 ２ 電解質板 ３ 酸素極 ４ 燃料極 ５ 改質器 ６ 容器 ６ａ 容器本体 ６ｂ 蓋 ６ｃ 内筒 ６ｄ 外筒 ７ 改質用触媒 ８ ガス入口 ９ ガス出口 １０ 炭酸塩吸着剤

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料電池の燃料極から排出される燃料極
    出口ガス中に含まれている未改質の原燃料を、上記燃料
    極出口ガス中に含まれる水蒸気と該燃料極出口ガスのも
    つ顕熱のみを利用して改質させることを特徴とする燃料
    電池発電装置における改質方法。
  2. 【請求項２】 炭化水素を含む原燃料を改質する改質器
    と、該改質器で改質されたガス中の水素を利用して発電
    する燃料電池とを備える発電装置における上記燃料電池
    の下流側に、上記燃料電池の上流側にある上流側改質器
    で未改質の原燃料を燃料極出口ガス中の水蒸気と該燃料
    極出口ガスのもつ顕熱のみで改質させるための容器内に
    改質用触媒を充填してなる改質器を、少なくとも１つ設
    置したことを特徴とする燃料電池発電装置における改質
    装置。
  3. 【請求項３】 燃料電池下流側の改質器を、円筒状又は
    管状の容器本体の一端又は両端に改質用触媒交換用の蓋
    を備えた構成とする請求項２記載の燃料電池発電装置に
    おける改質装置。
  4. 【請求項４】 燃料電池下流側の改質器内に充填した改
    質用触媒を複数のブロック別に区画分割し、炭酸塩によ
    り劣化する改質用触媒をブロックで交換できるようにす
    る請求項２記載の燃料電池発電装置における改質装置。
  5. 【請求項５】 燃料電池下流側の改質器を、少なくとも
    内外２重筒構造として、内筒内又は内外筒間に改質用触
    媒を充填した請求項２記載の燃料電池発電装置における
    改質装置。
  6. 【請求項６】 内外筒間又は内筒内から改質用触媒の充
    填部へガスを流す途中に、燃料極出口ガス中の炭酸塩蒸
    気を吸着させる装置を設置してなる請求項５記載の燃料
    電池発電装置における改質装置。
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