JPH07130382A - 内部改質燃料電池 - Google Patents
内部改質燃料電池Info
- Publication number
- JPH07130382A JPH07130382A JP5275833A JP27583393A JPH07130382A JP H07130382 A JPH07130382 A JP H07130382A JP 5275833 A JP5275833 A JP 5275833A JP 27583393 A JP27583393 A JP 27583393A JP H07130382 A JPH07130382 A JP H07130382A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- hydrogen
- reforming
- fuel cell
- chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- 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
- H01M8/0625—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 in a modular combined reactor/fuel cell structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04104—Regulation of differential pressures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Abstract
(57)【要約】
【目的】 アノード・カソード間の差圧が本質的に低
く、燃料ガスの改質率が高く、改質触媒が汚染されず、
かつアノードガス中の水素濃度とカソードガス中の二酸
化炭素の濃度が高い、内部改質燃料電池を提供する。 【構成】 水素を含むアノードガス２と酸素を含むカソ
ードガス３とから発電する燃料電池２２と、燃料電池か
ら伝熱される熱で燃料ガスを改質する改質器２４とを備
え、改質器は、改質触媒２５が充填された改質室２６
と、改質ガスから分離された水素を主成分とするガスを
保有する水素室２８と、改質器を改質室と水素室に仕切
り、改質ガスから水素を主成分とするガスを分離する水
素分離機能を有する分離膜３０とを有する。
く、燃料ガスの改質率が高く、改質触媒が汚染されず、
かつアノードガス中の水素濃度とカソードガス中の二酸
化炭素の濃度が高い、内部改質燃料電池を提供する。 【構成】 水素を含むアノードガス２と酸素を含むカソ
ードガス３とから発電する燃料電池２２と、燃料電池か
ら伝熱される熱で燃料ガスを改質する改質器２４とを備
え、改質器は、改質触媒２５が充填された改質室２６
と、改質ガスから分離された水素を主成分とするガスを
保有する水素室２８と、改質器を改質室と水素室に仕切
り、改質ガスから水素を主成分とするガスを分離する水
素分離機能を有する分離膜３０とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内部改質燃料電池に係
わり、更に詳しくは、改質器を内蔵した溶融炭酸塩型燃
料電池に関する。
わり、更に詳しくは、改質器を内蔵した溶融炭酸塩型燃
料電池に関する。
【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。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図２に示すように天然ガ
ス等の燃料ガス１を水素を含むアノードガス２に改質す
る改質器１０と、アノードガス２と酸素を含むカソード
ガス３とから発電する燃料電池１２とを一般的に備えて
おり、改質器で作られたアノードガスは燃料電池に供給
され、燃料電池内でその大部分（例えば８０％）を消費
した後、アノード排ガス４として改質器１０の燃焼室Ｃ
ｏに供給される。燃料ガス１は燃料予熱器１１で予熱さ
れて改質器の改質室Ｒｅに入る。改質器ではアノード排
ガス中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）を燃
焼室で燃焼し、高温の燃焼ガスにより改質室Ｒｅを加熱
し内部を流れる燃料を改質する。改質室を出た燃焼排ガ
ス５は、空気予熱器１３で熱回収され、凝縮器１４と気
水分離器１５で水分を除去され、タービン圧縮機（動力
回収装置１６）で加圧された空気６が混入し、この混合
ガスが空気予熱器１３で加熱されてカソードガス３に合
流する。これにより、電池のアノード側で発生した二酸
化炭素が、燃焼排ガス５を介して燃料電池用のカソード
ガス３に入り、燃料電池のカソード反応に必要な二酸化
炭素をカソード側Ｃに供給する。カソードガス３は燃料
電池内でその一部が反応してカソード排ガス７となり、
その一部はカソード入口側に再循環され、一部は改質器
１０の燃焼室Ｃｏに供給されてアノード排ガス４を燃焼
させ、残りは動力回収装置１６に供給されて圧力回収さ
れ、系外に排出される。なお、図中１２ａは燃料電池の
格納容器、８は格納容器に供給されるパージガスであ
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。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図２に示すように天然ガ
ス等の燃料ガス１を水素を含むアノードガス２に改質す
る改質器１０と、アノードガス２と酸素を含むカソード
ガス３とから発電する燃料電池１２とを一般的に備えて
おり、改質器で作られたアノードガスは燃料電池に供給
され、燃料電池内でその大部分（例えば８０％）を消費
した後、アノード排ガス４として改質器１０の燃焼室Ｃ
ｏに供給される。燃料ガス１は燃料予熱器１１で予熱さ
れて改質器の改質室Ｒｅに入る。改質器ではアノード排
ガス中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）を燃
焼室で燃焼し、高温の燃焼ガスにより改質室Ｒｅを加熱
し内部を流れる燃料を改質する。改質室を出た燃焼排ガ
ス５は、空気予熱器１３で熱回収され、凝縮器１４と気
水分離器１５で水分を除去され、タービン圧縮機（動力
回収装置１６）で加圧された空気６が混入し、この混合
ガスが空気予熱器１３で加熱されてカソードガス３に合
流する。これにより、電池のアノード側で発生した二酸
化炭素が、燃焼排ガス５を介して燃料電池用のカソード
ガス３に入り、燃料電池のカソード反応に必要な二酸化
炭素をカソード側Ｃに供給する。カソードガス３は燃料
電池内でその一部が反応してカソード排ガス７となり、
その一部はカソード入口側に再循環され、一部は改質器
１０の燃焼室Ｃｏに供給されてアノード排ガス４を燃焼
させ、残りは動力回収装置１６に供給されて圧力回収さ
れ、系外に排出される。なお、図中１２ａは燃料電池の
格納容器、８は格納容器に供給されるパージガスであ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】溶融炭酸塩型燃料電池
におけるアノード側Ａとカソード側Ｃとの間のガスシー
ルは、燃料電池の運転温度（約６００〜７００℃）にお
ける電解質の濡れ（表面張力）によっている（ウェット
シールと呼ぶ）。このため、アノード・カソード間の差
圧は、加圧運転の場合であっても例えば５００ｍｍＡｑ
（０．０５ｋｇ／ｃｍ2 ）程度の小さい差圧に制御する
必要がある。しかし、上述した従来の発電装置では、燃
料電池１２のアノード側Ａとカソード側Ｃとの間に差圧
が発生しやすい問題点があった。すなわち、図２の発電
装置を模式的に示す図３から明らかなように、燃料電池
１２のアノード側Ａを通過したガスが改質器１０の燃焼
室Ｃｏ等を通過した後、燃料電池１２のカソード側Ｃに
入るため、アノード側Ａの圧力がカソード側Ｃより中間
機器や流路等の圧損分だけ高くなる問題点があった。こ
のため、従来の発電装置では、高温のガスラインにバル
ブやブロアを備え、アノード・カソード間の差圧を常時
制御する必要があった。しかし、かかる制御は、燃料電
池の種々の運転条件（例えば起動時、負荷変動時の条
件）に対応する必要があり、かつ加圧運転下で精密な差
圧制御を行う必要があり、制御が複雑となり信頼性に乏
しい問題点があった。また、かかる発電設備では、改質
器１０における改質率を高く（例えば９０％以上）に維
持しないと、アノードガス２の水素濃度が低く、燃料電
池の性能が低下する問題点があった。
におけるアノード側Ａとカソード側Ｃとの間のガスシー
ルは、燃料電池の運転温度（約６００〜７００℃）にお
ける電解質の濡れ（表面張力）によっている（ウェット
シールと呼ぶ）。このため、アノード・カソード間の差
圧は、加圧運転の場合であっても例えば５００ｍｍＡｑ
（０．０５ｋｇ／ｃｍ2 ）程度の小さい差圧に制御する
必要がある。しかし、上述した従来の発電装置では、燃
料電池１２のアノード側Ａとカソード側Ｃとの間に差圧
が発生しやすい問題点があった。すなわち、図２の発電
装置を模式的に示す図３から明らかなように、燃料電池
１２のアノード側Ａを通過したガスが改質器１０の燃焼
室Ｃｏ等を通過した後、燃料電池１２のカソード側Ｃに
入るため、アノード側Ａの圧力がカソード側Ｃより中間
機器や流路等の圧損分だけ高くなる問題点があった。こ
のため、従来の発電装置では、高温のガスラインにバル
ブやブロアを備え、アノード・カソード間の差圧を常時
制御する必要があった。しかし、かかる制御は、燃料電
池の種々の運転条件（例えば起動時、負荷変動時の条
件）に対応する必要があり、かつ加圧運転下で精密な差
圧制御を行う必要があり、制御が複雑となり信頼性に乏
しい問題点があった。また、かかる発電設備では、改質
器１０における改質率を高く（例えば９０％以上）に維
持しないと、アノードガス２の水素濃度が低く、燃料電
池の性能が低下する問題点があった。
【０００４】一方、燃料電池のアノード側Ａに改質触媒
を直接充填した内部改質燃料電池が一部で提案され、実
施されている（以下、直接内部改質燃料電池と呼ぶ）。
かかる直接内部改質燃料電池は、改質により発生した水
素が直ぐに燃料電池で消費されるため、改質器の温度
（例えば８００℃以上）よりも低い燃料電池の運転温度
（約６００〜７００℃）においても、改質率が高い利点
があるが、改質触媒が燃料電池の電解質に直接接触する
ため、改質触媒が汚染されやすく、かつ図４に示す模式
図からも明らかなように、アノード側Ａの圧力がカソー
ド側Ｃより高くなりやすい問題点があった。
を直接充填した内部改質燃料電池が一部で提案され、実
施されている（以下、直接内部改質燃料電池と呼ぶ）。
かかる直接内部改質燃料電池は、改質により発生した水
素が直ぐに燃料電池で消費されるため、改質器の温度
（例えば８００℃以上）よりも低い燃料電池の運転温度
（約６００〜７００℃）においても、改質率が高い利点
があるが、改質触媒が燃料電池の電解質に直接接触する
ため、改質触媒が汚染されやすく、かつ図４に示す模式
図からも明らかなように、アノード側Ａの圧力がカソー
ド側Ｃより高くなりやすい問題点があった。
【０００５】更に、直接内部改質燃料電池の問題点を回
避するために、燃料電池の間に改質器を内蔵した間接内
部改質燃料電池（図５）が提案されている。しかし、か
かる間接内部改質燃料電池では、燃料電池の温度が低く
かつ発生した水素が直ぐには消費されないため、燃料ガ
ス１の改質率が低い問題点があった。このため、従来の
間接内部改質燃料電池では、燃料ガス１に大量の水蒸気
を混入させて改質におけるＳ／Ｃ比（蒸気／カーボン
比）を反応に必要な以上に高くする必要があった。しか
し、Ｓ／Ｃ比を高くすると、余分の水蒸気により、アノ
ードガス２に含まれる水素濃度が低下し燃料電池の性能
が低下する問題があった。
避するために、燃料電池の間に改質器を内蔵した間接内
部改質燃料電池（図５）が提案されている。しかし、か
かる間接内部改質燃料電池では、燃料電池の温度が低く
かつ発生した水素が直ぐには消費されないため、燃料ガ
ス１の改質率が低い問題点があった。このため、従来の
間接内部改質燃料電池では、燃料ガス１に大量の水蒸気
を混入させて改質におけるＳ／Ｃ比（蒸気／カーボン
比）を反応に必要な以上に高くする必要があった。しか
し、Ｓ／Ｃ比を高くすると、余分の水蒸気により、アノ
ードガス２に含まれる水素濃度が低下し燃料電池の性能
が低下する問題があった。
【０００６】また、図３〜図４に示した燃料電池では、
燃料電池を通過したアノード排ガス４を燃焼室Ｃｏで燃
焼させてカソードガス３に循環させるため、カソードガ
ス３に含まれる二酸化炭素（ＣＯ2 ）の濃度が低い問題
点があった。
燃料電池を通過したアノード排ガス４を燃焼室Ｃｏで燃
焼させてカソードガス３に循環させるため、カソードガ
ス３に含まれる二酸化炭素（ＣＯ2 ）の濃度が低い問題
点があった。
【０００７】本発明はかかる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、アノ
ード・カソード間の差圧が本質的に低く、燃料ガスの改
質率が高く、改質触媒が汚染されず、かつアノードガス
中の水素濃度とカソードガス中の二酸化炭素の濃度が高
い、内部改質燃料電池を提供することにある。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、アノ
ード・カソード間の差圧が本質的に低く、燃料ガスの改
質率が高く、改質触媒が汚染されず、かつアノードガス
中の水素濃度とカソードガス中の二酸化炭素の濃度が高
い、内部改質燃料電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、水素を
含むアノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電
する燃料電池と、燃料電池から伝熱される熱で燃料ガス
を改質する改質器とを備え、前記改質器は、改質触媒が
充填された改質室と、改質ガスから分離された水素を主
成分とするガスを保有する水素室と、改質器内を改質室
と水素室に仕切り、改質ガスから水素を主成分とするガ
スを分離する水素分離機能を有する分離膜とを有する、
ことを特徴とする内部改質燃料電池が提供される。
含むアノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電
する燃料電池と、燃料電池から伝熱される熱で燃料ガス
を改質する改質器とを備え、前記改質器は、改質触媒が
充填された改質室と、改質ガスから分離された水素を主
成分とするガスを保有する水素室と、改質器内を改質室
と水素室に仕切り、改質ガスから水素を主成分とするガ
スを分離する水素分離機能を有する分離膜とを有する、
ことを特徴とする内部改質燃料電池が提供される。
【０００９】本発明の好ましい実施例によれば、前記改
質室に燃料ガスを導入する燃料ガスラインと、改質室を
通過した燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、燃焼器を出た
燃焼排ガスをカソードガスに混入させるカソードガスラ
インと、前記水素室内のガスをアノードガスに導入する
アノードガスラインとを更に備える。前記分離膜は、６
００〜７００℃で水素の選択分離性能を有する多孔質膜
である、ことが好ましい。
質室に燃料ガスを導入する燃料ガスラインと、改質室を
通過した燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、燃焼器を出た
燃焼排ガスをカソードガスに混入させるカソードガスラ
インと、前記水素室内のガスをアノードガスに導入する
アノードガスラインとを更に備える。前記分離膜は、６
００〜７００℃で水素の選択分離性能を有する多孔質膜
である、ことが好ましい。
【００１０】
【作用】上記本発明の構成によれば、本発明の内部改質
燃料電池は、燃料電池から伝熱される熱で燃料ガスを改
質する改質器を備え、この改質器は、改質器内を改質室
と水素室に仕切り改質ガスから水素を主成分とするガス
を分離する水素分離機能を有する分離膜を有し、この分
離膜により改質室で発生した水素が直ぐに分離されるの
で、燃料電池の運転温度（約６５０℃）においても、高
い改質率を得ることができる。また、改質触媒は燃料電
池とは別個の改質器内に充填されているため、燃料電池
の電解質に直接接触することがなく、改質触媒が汚染さ
れない。
燃料電池は、燃料電池から伝熱される熱で燃料ガスを改
質する改質器を備え、この改質器は、改質器内を改質室
と水素室に仕切り改質ガスから水素を主成分とするガス
を分離する水素分離機能を有する分離膜を有し、この分
離膜により改質室で発生した水素が直ぐに分離されるの
で、燃料電池の運転温度（約６５０℃）においても、高
い改質率を得ることができる。また、改質触媒は燃料電
池とは別個の改質器内に充填されているため、燃料電池
の電解質に直接接触することがなく、改質触媒が汚染さ
れない。
【００１１】更に、前記改質室に燃料ガスを導入する燃
料ガスラインと、改質室を通過した燃料ガスを燃焼させ
る燃焼器と、燃焼器を出た燃焼排ガスをカソードガスに
混入させるカソードガスラインと、前記水素室内のガス
をアノードガスに導入するアノードガスラインとを備え
れば、分離膜で分離され水素室を出たガスがアノードガ
スに入り、改質室を通過した燃料ガスが燃焼器で燃焼後
にカソードガスに入るので、アノードガスとカソードガ
スの圧力差は、分離膜の圧損と燃焼器の圧損の差だけで
あり、共に圧損が低いので（例えば２００〜３００ｍｍ
Ａｑ程度）、その差は更に小さい。従って、高温のガス
ラインにバルブやブロアを備えることなく、かつ特別の
制御装置を用いることなく、本質的に安定にアノード・
カソード間の差圧を常に小さく維持することができる。
料ガスラインと、改質室を通過した燃料ガスを燃焼させ
る燃焼器と、燃焼器を出た燃焼排ガスをカソードガスに
混入させるカソードガスラインと、前記水素室内のガス
をアノードガスに導入するアノードガスラインとを備え
れば、分離膜で分離され水素室を出たガスがアノードガ
スに入り、改質室を通過した燃料ガスが燃焼器で燃焼後
にカソードガスに入るので、アノードガスとカソードガ
スの圧力差は、分離膜の圧損と燃焼器の圧損の差だけで
あり、共に圧損が低いので（例えば２００〜３００ｍｍ
Ａｑ程度）、その差は更に小さい。従って、高温のガス
ラインにバルブやブロアを備えることなく、かつ特別の
制御装置を用いることなく、本質的に安定にアノード・
カソード間の差圧を常に小さく維持することができる。
【００１２】また、分離膜で分離された水素を主成分と
するガスがアノードガスに導入されるので、従来に比べ
余分な水蒸気や二酸化炭素が少なくアノードガス中の水
素濃度を高めることができる。更に、分離膜で水素成分
を分離され改質室を通過した燃料ガスが燃焼器で燃焼後
にカソードガスに入り、かつＳ／Ｃ比を上げることなく
高い改質率が得られるので余分な水蒸気が少ないので、
カソードガス中の二酸化炭素の濃度を高めることができ
る。
するガスがアノードガスに導入されるので、従来に比べ
余分な水蒸気や二酸化炭素が少なくアノードガス中の水
素濃度を高めることができる。更に、分離膜で水素成分
を分離され改質室を通過した燃料ガスが燃焼器で燃焼後
にカソードガスに入り、かつＳ／Ｃ比を上げることなく
高い改質率が得られるので余分な水蒸気が少ないので、
カソードガス中の二酸化炭素の濃度を高めることができ
る。
【００１３】
【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、本発明による内部改質燃料電池
の全体構成図である。この図において、本発明の内部改
質燃料電池２０は、水素を含むアノードガス２と酸素を
含むカソードガス３とから発電する燃料電池２２と、燃
料電池２２から伝熱される熱で燃料ガス１を改質する改
質器２４とを備えている。燃料電池２２と改質器２４と
は、実質的に一体に構成されており、燃料電池２２で発
生した熱が改質器２４に伝熱され、改質器２４の全体が
燃料電池２２と同一の温度（約６００〜７００℃）にな
るように構成されている。例えば、図示のように、改質
器２４を平面状に構成し、燃料電池２０を構成する複数
の単セル（アノードＡ、カソードＣ、その間の電解質板
からなる）の間に数セル毎に挟持するのが好ましい。
して説明する。図１は、本発明による内部改質燃料電池
の全体構成図である。この図において、本発明の内部改
質燃料電池２０は、水素を含むアノードガス２と酸素を
含むカソードガス３とから発電する燃料電池２２と、燃
料電池２２から伝熱される熱で燃料ガス１を改質する改
質器２４とを備えている。燃料電池２２と改質器２４と
は、実質的に一体に構成されており、燃料電池２２で発
生した熱が改質器２４に伝熱され、改質器２４の全体が
燃料電池２２と同一の温度（約６００〜７００℃）にな
るように構成されている。例えば、図示のように、改質
器２４を平面状に構成し、燃料電池２０を構成する複数
の単セル（アノードＡ、カソードＣ、その間の電解質板
からなる）の間に数セル毎に挟持するのが好ましい。
【００１４】改質器２４は、改質触媒が充填された改質
室２６と、改質ガスから分離された水素を主成分とする
ガスを保有する水素室２８と、改質器２４を改質室２６
と水素室２８に仕切り、改質ガスから水素を主成分とす
るガスを分離する水素分離機能を有する分離膜３０とを
有する。分離膜３０は、６００〜７００℃で水素の選択
分離性能を有する多孔質膜であり、例えば多孔質ガラス
膜、多孔質セラミックス板、バラジウム膜、或いは金属
薄膜等が好ましい。なお、図１では、改質器２４を２枚
の分離膜３０で３つに仕切り、そのうち２つを改質室２
６としているが、本発明はかかる構成に限定されるもの
ではなく、少なくとも１枚の分離膜３０と各々２つの改
質室２６と水素室２８を備えていればよい。
室２６と、改質ガスから分離された水素を主成分とする
ガスを保有する水素室２８と、改質器２４を改質室２６
と水素室２８に仕切り、改質ガスから水素を主成分とす
るガスを分離する水素分離機能を有する分離膜３０とを
有する。分離膜３０は、６００〜７００℃で水素の選択
分離性能を有する多孔質膜であり、例えば多孔質ガラス
膜、多孔質セラミックス板、バラジウム膜、或いは金属
薄膜等が好ましい。なお、図１では、改質器２４を２枚
の分離膜３０で３つに仕切り、そのうち２つを改質室２
６としているが、本発明はかかる構成に限定されるもの
ではなく、少なくとも１枚の分離膜３０と各々２つの改
質室２６と水素室２８を備えていればよい。
【００１５】上述した構成により、分離膜３０により改
質室２８で発生した水素が直ぐに分離されるので、燃料
電池２２の運転温度（約６００〜７００℃）において
も、高い改質率を得ることができる。また、改質触媒は
燃料電池２２とは別個の改質器２４の内部に充填されて
いるため、燃料電池２２の電解質に直接接触することが
なく、改質触媒が汚染されない。
質室２８で発生した水素が直ぐに分離されるので、燃料
電池２２の運転温度（約６００〜７００℃）において
も、高い改質率を得ることができる。また、改質触媒は
燃料電池２２とは別個の改質器２４の内部に充填されて
いるため、燃料電池２２の電解質に直接接触することが
なく、改質触媒が汚染されない。
【００１６】本発明の内部改質燃料電池２０は更に、改
質室２６に燃料ガス１を導入する燃料ガスライン３２
と、改質室２６を通過した燃料ガスを燃焼させる燃焼器
３４と、燃焼器３４を出た燃焼排ガスをカソードガス３
に混入させるカソードガスライン３６と、水素室２８内
のガスをアノードガス２に導入するアノードガスライン
３８とを備えている。
質室２６に燃料ガス１を導入する燃料ガスライン３２
と、改質室２６を通過した燃料ガスを燃焼させる燃焼器
３４と、燃焼器３４を出た燃焼排ガスをカソードガス３
に混入させるカソードガスライン３６と、水素室２８内
のガスをアノードガス２に導入するアノードガスライン
３８とを備えている。
【００１７】かかる構成により、分離膜３０で分離され
水素室２８を出たガスがアノードガス２に入り、改質室
２６を通過した燃料ガスが燃焼器３４で燃焼後にカソー
ドガス３に入るので、アノードガス２とカソードガス３
の圧力差は、実質的に分離膜３０の圧損と燃焼器３４の
圧損の差だけであり、共に圧損が低いので（例えば２０
０〜３００ｍｍＡｑ程度）、その差は更に小さい。従っ
て、高温のガスラインにバルブやブロアを備えることな
く、かつ特別の制御装置を用いることなく、本質的に安
定にアノード・カソード間の差圧を常に小さく維持する
ことができる。
水素室２８を出たガスがアノードガス２に入り、改質室
２６を通過した燃料ガスが燃焼器３４で燃焼後にカソー
ドガス３に入るので、アノードガス２とカソードガス３
の圧力差は、実質的に分離膜３０の圧損と燃焼器３４の
圧損の差だけであり、共に圧損が低いので（例えば２０
０〜３００ｍｍＡｑ程度）、その差は更に小さい。従っ
て、高温のガスラインにバルブやブロアを備えることな
く、かつ特別の制御装置を用いることなく、本質的に安
定にアノード・カソード間の差圧を常に小さく維持する
ことができる。
【００１８】燃焼器３４は、内部に燃焼触媒を充填した
触媒燃焼器であるのがよい。これにより、改質器２４に
おける改質率と水素の分離率が高く、改質室２６を通過
した燃料ガス中の可燃成分が少ない（発熱量が小さい）
場合でも、安定した燃焼を維持することができる。な
お、燃焼器３４には図示しないラインから燃焼に必要な
空気が供給される。
触媒燃焼器であるのがよい。これにより、改質器２４に
おける改質率と水素の分離率が高く、改質室２６を通過
した燃料ガス中の可燃成分が少ない（発熱量が小さい）
場合でも、安定した燃焼を維持することができる。な
お、燃焼器３４には図示しないラインから燃焼に必要な
空気が供給される。
【００１９】カソードガスライン３６には、空気６が混
入されてカソードガス３となる。これにより、水素成分
を分離され改質室を通過した燃料ガスが燃焼器で燃焼後
にカソードガスに入り、かつＳ／Ｃ比を上げることなく
高い改質率が得られるので余分な水蒸気が少ないので、
カソードガス中の二酸化炭素の濃度を高めることができ
る。なお、図１に示すように改質室２６を通過したガス
を燃料ガス１を導入する燃料ガスライン３２に戻すリサ
イクルライン３５を設けてもよい。
入されてカソードガス３となる。これにより、水素成分
を分離され改質室を通過した燃料ガスが燃焼器で燃焼後
にカソードガスに入り、かつＳ／Ｃ比を上げることなく
高い改質率が得られるので余分な水蒸気が少ないので、
カソードガス中の二酸化炭素の濃度を高めることができ
る。なお、図１に示すように改質室２６を通過したガス
を燃料ガス１を導入する燃料ガスライン３２に戻すリサ
イクルライン３５を設けてもよい。
【００２０】アノードガスライン３８は、水素室２８内
のガスをそのまま燃料電池２２のアノード側Ａに供給し
てもよく、或いは適当な希釈ガス（例えば燃料電池２２
のアノード側を一旦通過したリサイクルガス）を混入し
てもよい。かかる構成により、従来に比べ余分な水蒸気
や二酸化炭素が少なくアノードガス中の水素濃度を高め
ることができる。
のガスをそのまま燃料電池２２のアノード側Ａに供給し
てもよく、或いは適当な希釈ガス（例えば燃料電池２２
のアノード側を一旦通過したリサイクルガス）を混入し
てもよい。かかる構成により、従来に比べ余分な水蒸気
や二酸化炭素が少なくアノードガス中の水素濃度を高め
ることができる。
【００２１】
【発明の効果】上述したように、本発明の内部改質燃料
電池は、アノード・カソード間の差圧を本質的に低く維
持し、燃料ガスの改質率を高め、改質触媒の汚染を防止
し、かつアノードガス中の水素濃度とカソードガス中の
二酸化炭素の濃度を高める効果を有し、これにより燃料
電池の性能を高め、かつ長期間にわたり安定して性能を
維持することができる優れた効果を有する。
電池は、アノード・カソード間の差圧を本質的に低く維
持し、燃料ガスの改質率を高め、改質触媒の汚染を防止
し、かつアノードガス中の水素濃度とカソードガス中の
二酸化炭素の濃度を高める効果を有し、これにより燃料
電池の性能を高め、かつ長期間にわたり安定して性能を
維持することができる優れた効果を有する。
【図１】本発明による内部改質燃料電池の全体構成図で
ある。
ある。
【図２】従来の溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電設備
の全体構成図である。
の全体構成図である。
【図３】図２の発電装置を模式的に示す構成図である。
【図４】従来の直接内部改質燃料電池の全体構成図であ
る。
る。
【図５】従来の間接内部改質燃料電池の全体構成図であ
る。
る。
１ 燃料ガス ２ アノードガス ３ カソードガス ４ アノード排ガス ５ 燃焼排ガス ６ 空気 ７ カソード排ガス ８ パージガス １０ 改質器 １１ 燃料予熱器 １２ 燃料電池 １２ａ 格納容器 １３ 空気予熱器 １４ 凝縮器 １５ 気水分離器 １６ 動力回収装置 ２０ 内部改質燃料電池 ２２ 燃料電池 ２４ 改質器 ２６ 改質室 ２８ 水素室 ３０ 分離膜 ３２ 燃料ガスライン ３４ 燃焼器 ３６ カソードガスライン ３８ アノードガスライン Ｒｅ 改質室 Ｃｏ 燃焼室 Ａ アノード側 Ｃ カソード側
Claims (3)
- 【請求項１】 水素を含むアノードガスと酸素を含むカ
ソードガスとから発電する燃料電池と、燃料電池から伝
熱される熱で燃料ガスを改質する改質器とを備え、 前記改質器は、改質触媒が充填された改質室と、改質ガ
スから分離された水素を主成分とするガスを保有する水
素室と、改質器内を改質室と水素室に仕切り、改質ガス
から水素を主成分とするガスを分離する水素分離機能を
有する分離膜とを有する、ことを特徴とする内部改質燃
料電池。 - 【請求項２】 前記改質室に燃料ガスを導入する燃料ガ
スラインと、改質室を通過した燃料ガスを燃焼させる燃
焼器と、燃焼器を出た燃焼排ガスをカソードガスに混入
させるカソードガスラインと、前記水素室内のガスをア
ノードガスに導入するアノードガスラインとを更に備え
る、ことを特徴とする請求項１に記載の内部改質燃料電
池。 - 【請求項３】 前記分離膜は、６００〜７００℃で水素
の選択分離性能を有する多孔質膜である、ことを特徴と
する請求項１に記載の内部改質燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27583393A JP3240783B2 (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 内部改質燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27583393A JP3240783B2 (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 内部改質燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07130382A true JPH07130382A (ja) | 1995-05-19 |
| JP3240783B2 JP3240783B2 (ja) | 2001-12-25 |
Family
ID=17561069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27583393A Expired - Fee Related JP3240783B2 (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 内部改質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3240783B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005222883A (ja) * | 2004-02-09 | 2005-08-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システムと燃料電池セルモジュール |
| FR2883420A1 (fr) * | 2005-03-17 | 2006-09-22 | Armines Ass Loi De 1901 | Cellule de pile a combustible haute temperature a conduction mixte anionique et protonique |
-
1993
- 1993-11-05 JP JP27583393A patent/JP3240783B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005222883A (ja) * | 2004-02-09 | 2005-08-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システムと燃料電池セルモジュール |
| JP4536391B2 (ja) * | 2004-02-09 | 2010-09-01 | 日本電信電話株式会社 | 燃料電池発電システムと燃料電池セルモジュール |
| FR2883420A1 (fr) * | 2005-03-17 | 2006-09-22 | Armines Ass Loi De 1901 | Cellule de pile a combustible haute temperature a conduction mixte anionique et protonique |
| WO2006097663A3 (fr) * | 2005-03-17 | 2007-03-08 | Armines | Cellule de pile à combustible haute température à conduction mixte anionique et protonique |
| US7927757B2 (en) | 2005-03-17 | 2011-04-19 | Armines | High temperature fuel cell with mixed anionic and protonic conduction |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3240783B2 (ja) | 2001-12-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5282103B2 (ja) | 水素リサイクル型ｍｃｆｃ発電システム | |
| US7595124B2 (en) | Integrated fuel cell hybrid power plant with controlled oxidant flow for combustion of spent fuel | |
| EP1571727B1 (en) | Apparatus and method for operation of a high temperature fuel cell system using recycled anode exhaust | |
| EP1584122B1 (en) | Process for generating electricity and concentrated carbon dioxide | |
| JPH09129255A (ja) | 間接燃焼ガスタービンおよび２重化された燃料電池の複合サイクルの電力発生システム | |
| JP2007128680A (ja) | 燃料電池システム | |
| US20190190050A1 (en) | Solid oxide fuel cell system | |
| US7645532B2 (en) | Solid-oxide fuel cell system having an upstream reformate combustor | |
| JP2002110207A (ja) | 燃料電池システムおよびその運転方法 | |
| JP2001189165A (ja) | 燃料電池システム、該燃料電池システムの停止方法及び立ち上げ方法 | |
| JP4342172B2 (ja) | エネルギー併給システム | |
| JP3240783B2 (ja) | 内部改質燃料電池 | |
| JPH06275291A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池システム | |
| JPH07267604A (ja) | 改質装置の起動方法 | |
| JPS6134865A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2003272677A (ja) | 固体酸化物形燃料電池及びそれを用いたコージェネレーションシステム | |
| JPS63126173A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム | |
| JPH10275625A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2017152313A (ja) | 燃料電池複合発電システム及びその運転方法 | |
| KR100686714B1 (ko) | 코제너레이션 연료전지 시스템의 폭발방지형 열회수장치 | |
| JPH10223236A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2003317772A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP2006310291A (ja) | 燃料電池システム | |
| JPH08339815A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2007115715A (ja) | 燃料電池発電システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |