JPH0797503B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池の発電装置 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池の発電装置Info
- Publication number
- JPH0797503B2 JPH0797503B2 JP62062620A JP6262087A JPH0797503B2 JP H0797503 B2 JPH0797503 B2 JP H0797503B2 JP 62062620 A JP62062620 A JP 62062620A JP 6262087 A JP6262087 A JP 6262087A JP H0797503 B2 JPH0797503 B2 JP H0797503B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- gas
- hydrogen storage
- hydrogen
- anode
- 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.)
- Expired - Lifetime
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
- H01M8/06—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
-
- 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
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池の発電装置に関する。
炭化水素類を水蒸気改質して得た炭酸ガス混在の水素を
負極活物質として使用する燃料電池としては、溶融炭酸
塩型燃料電池（溶融炭酸塩電解質燃料電池）、リン酸電
解質燃料電池などが知られている。
負極活物質として使用する燃料電池としては、溶融炭酸
塩型燃料電池（溶融炭酸塩電解質燃料電池）、リン酸電
解質燃料電池などが知られている。
本発明は、このような燃料電離、特に溶融炭酸塩型燃料
電池に係るものである。
電池に係るものである。
さて、溶融炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩型燃料電池
においては、天然ガスなどの炭化水素系の燃料を水蒸気
と混合してこれを改質し、得られた水素を多量に含むガ
スをアノードに供給し、この水素が電解質中の炭酸イオ
ンと反応して炭酸ガスと水と電子とになる。アノードと
カソードとを負荷回路で接続すれば、アノードで作られ
た電子は負荷回路を経てカソードに流れ、カソードにお
いては空気中の酸素及び炭酸ガスと、カソード内の電子
とが結合して炭酸イオンになり、電解質である溶融炭酸
塩の中に入る。このようにして電子がアノードからカソ
ードに流れ、即ち、電流がカソードから負荷を経てアノ
ードへ流れて発電が行われる。
においては、天然ガスなどの炭化水素系の燃料を水蒸気
と混合してこれを改質し、得られた水素を多量に含むガ
スをアノードに供給し、この水素が電解質中の炭酸イオ
ンと反応して炭酸ガスと水と電子とになる。アノードと
カソードとを負荷回路で接続すれば、アノードで作られ
た電子は負荷回路を経てカソードに流れ、カソードにお
いては空気中の酸素及び炭酸ガスと、カソード内の電子
とが結合して炭酸イオンになり、電解質である溶融炭酸
塩の中に入る。このようにして電子がアノードからカソ
ードに流れ、即ち、電流がカソードから負荷を経てアノ
ードへ流れて発電が行われる。
溶融炭酸塩型燃料電池装置により発電を行う場合、燃料
として天然ガスあるいはメタノールなどの炭化水素系燃
料を用いるときには、これらのガスを水素リッチなガス
に改質するための燃料改質器が必要である。一般に、水
蒸気による改質反応を行わせる方法には、燃料電池装置
系外に改質反応器を設置する外部改質方式と、高温作動
の電池を利用して燃料電池装置系内に改質反応器を設置
する内部改質方式とがある。
として天然ガスあるいはメタノールなどの炭化水素系燃
料を用いるときには、これらのガスを水素リッチなガス
に改質するための燃料改質器が必要である。一般に、水
蒸気による改質反応を行わせる方法には、燃料電池装置
系外に改質反応器を設置する外部改質方式と、高温作動
の電池を利用して燃料電池装置系内に改質反応器を設置
する内部改質方式とがある。
炭化水素系燃料ガスの水蒸気改質反応には大きな吸熱を
伴う。例えば、メタンの水蒸気改質は、（１）式で示さ
れる。
伴う。例えば、メタンの水蒸気改質は、（１）式で示さ
れる。
CH4＋２H2O＝CO2＋４H2 （１） この反応の反応熱は、39.44kcal/mol必要である。一
方、燃料電池では、化学エネルギーを電気エネルギーに
変換する場合のシステム効率が45〜50％であり、残りは
熱エネルギーとして発生する。この電池内部で発生した
熱を利用して改質反応を行わせる前記内部改質方式で
は、55％以上の高い発電システム効率が期待される。
方、燃料電池では、化学エネルギーを電気エネルギーに
変換する場合のシステム効率が45〜50％であり、残りは
熱エネルギーとして発生する。この電池内部で発生した
熱を利用して改質反応を行わせる前記内部改質方式で
は、55％以上の高い発電システム効率が期待される。
これに対して、前記外部改質方式では、外部よりバーナ
ー等で加熱する必要がある。このことから、燃料改質器
内蔵型燃料電池装置は、高効率の発電装置として注目さ
れている。
ー等で加熱する必要がある。このことから、燃料改質器
内蔵型燃料電池装置は、高効率の発電装置として注目さ
れている。
従来から，燃料改質器内蔵型燃料電池装置には、改質反
応に必要な触媒の配置の仕方や燃料ガスの供給方法によ
っていくつかの方式がある。第４図（Ａ）は、アノード
のガス供給路の一部に改質触媒を配置する直接方式の燃
料改質器内蔵型燃料電池装置の模式図を示す。第４図
（Ｂ）は、アノード質に隣接する反応室に改質触媒を配
置する間接方式の燃料改質器内蔵型燃料電池装置の模式
図を示す。これらの図において、31a,31bは燃料改質器
内蔵型燃料電池装置、32a,32bは炭化水素系燃料ガスと
水蒸気の導入管、33a,33bは触媒燃焼器、34a,34bは空気
の導入管、35a,35bは燃料改質反応装置、36a,36bはアノ
ード、37a,37bは電解質板、38a,38bはカソードである。
応に必要な触媒の配置の仕方や燃料ガスの供給方法によ
っていくつかの方式がある。第４図（Ａ）は、アノード
のガス供給路の一部に改質触媒を配置する直接方式の燃
料改質器内蔵型燃料電池装置の模式図を示す。第４図
（Ｂ）は、アノード質に隣接する反応室に改質触媒を配
置する間接方式の燃料改質器内蔵型燃料電池装置の模式
図を示す。これらの図において、31a,31bは燃料改質器
内蔵型燃料電池装置、32a,32bは炭化水素系燃料ガスと
水蒸気の導入管、33a,33bは触媒燃焼器、34a,34bは空気
の導入管、35a,35bは燃料改質反応装置、36a,36bはアノ
ード、37a,37bは電解質板、38a,38bはカソードである。
しかし、このような従来の燃料改質器内蔵型燃料電池装
置は、前記直接方式、間接方式のいずれの場合でも、そ
れぞれに次のような欠点がある。
置は、前記直接方式、間接方式のいずれの場合でも、そ
れぞれに次のような欠点がある。
すなわち、メタンの水蒸気改質反応の場合には、（１）
式以外に（２）式によっても反応する。
式以外に（２）式によっても反応する。
CH4＋H2O＝CO＋３H2 （２） また、一酸化炭素、水蒸気あるいは炭酸ガスと水素が共
存することから、（３）式の平衡関係が成立する。
存することから、（３）式の平衡関係が成立する。
CO＋H2O＝CO2＋H2 （３） 前記直接方式では、改質反応によって生成した水素が直
ちに電池反応で消費されるので、（２）式と（３）式の
平衡関係が右側へ移行することに起因して、メタン等の
改質率が比較的高くなる利点がある。しかし、この場合
には、腐食性の強い電解質蒸気にさらされるので触媒能
力の低下が生じる。そのために、長時間の安定した電池
性能が得られない欠点がある。
ちに電池反応で消費されるので、（２）式と（３）式の
平衡関係が右側へ移行することに起因して、メタン等の
改質率が比較的高くなる利点がある。しかし、この場合
には、腐食性の強い電解質蒸気にさらされるので触媒能
力の低下が生じる。そのために、長時間の安定した電池
性能が得られない欠点がある。
一方、前記間接方式では、改質触媒が直接電解質の蒸気
にさらされることがないので特性の劣化は生じない。そ
のために通常の触媒を使用することが出来る。しかし、
この間接方式では、生成した水素が直ちに消費されない
ので、メタン等の改質率があまり上がらない欠点があ
る。
にさらされることがないので特性の劣化は生じない。そ
のために通常の触媒を使用することが出来る。しかし、
この間接方式では、生成した水素が直ちに消費されない
ので、メタン等の改質率があまり上がらない欠点があ
る。
本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、炭
化水素系燃料を改質して得た炭酸ガス混在の水素を負極
活物質として使用する溶融炭酸塩型燃料電池装置におけ
る炭化水素系燃料の改質率を向上することを目的とする
ものである。
化水素系燃料を改質して得た炭酸ガス混在の水素を負極
活物質として使用する溶融炭酸塩型燃料電池装置におけ
る炭化水素系燃料の改質率を向上することを目的とする
ものである。
すなわち、本発明は、天然ガスやメタノールなどの炭化
水素系燃料を水素リッチなガスに改質する燃料改質反応
装置6,10と、該燃料改質反応装置6,10から供給される水
素をアノード７で酸化するとともにカソード９で酸化剤
ガスを還元して発電する燃料電池装置１を備えた溶融炭
酸塩型燃料電池の発電装置において、 前記燃料改質反応装置を前記アノードから隔離された間
接式燃料改質器内蔵型のものとして複数6,10を互いに流
路により直列に接続して設け、該複数の燃料改質反応装
置6,10のうち改質ガス最下流側の燃料改質反応装置10の
改質ガス出口側を前記アノード７に連絡するとともに、 これら互いに隣合う燃料改質反応装置6,10を連絡する流
路に水素貯蔵装置を少なくとも２個2,3互いに並列に設
け、前記各水素貯蔵装置2,3のガス入口を前記上流側の
燃料改質反応装置６の改質ガス出口に切替えバルブ15,1
6を介して並列に連絡するとともに、前記各水素貯蔵装
置2,3のガス出口をそれぞれ前記アノード７と前記下流
側の燃料改質反応装置10のガス入口とに切替えバルブ1
7,18、20,19を介して並列に連絡し、 少なくとも前記一の水素貯蔵装置２のガス入口の切替え
バルブ15とガス出口の下流側の燃料改質反応装置10と連
絡する切替えバルブ18および前記他の水素貯蔵装置３の
アノード７に連絡する切替えバルブ20の開閉を同期さ
せ、また、前記他の水素貯蔵装置３のガス入口の切替え
バルブ16とガス出口の下流側の燃料改質反応装置10に連
絡する切替えバルブ19および前記一の水素貯蔵装置２の
ガス出口のアノード７に連絡する切替えバルブ17の開閉
を同期させ、しかも前記２つの開閉同期は互いに反対に
操作されるようにしたことを特徴とするものである。
水素系燃料を水素リッチなガスに改質する燃料改質反応
装置6,10と、該燃料改質反応装置6,10から供給される水
素をアノード７で酸化するとともにカソード９で酸化剤
ガスを還元して発電する燃料電池装置１を備えた溶融炭
酸塩型燃料電池の発電装置において、 前記燃料改質反応装置を前記アノードから隔離された間
接式燃料改質器内蔵型のものとして複数6,10を互いに流
路により直列に接続して設け、該複数の燃料改質反応装
置6,10のうち改質ガス最下流側の燃料改質反応装置10の
改質ガス出口側を前記アノード７に連絡するとともに、 これら互いに隣合う燃料改質反応装置6,10を連絡する流
路に水素貯蔵装置を少なくとも２個2,3互いに並列に設
け、前記各水素貯蔵装置2,3のガス入口を前記上流側の
燃料改質反応装置６の改質ガス出口に切替えバルブ15,1
6を介して並列に連絡するとともに、前記各水素貯蔵装
置2,3のガス出口をそれぞれ前記アノード７と前記下流
側の燃料改質反応装置10のガス入口とに切替えバルブ1
7,18、20,19を介して並列に連絡し、 少なくとも前記一の水素貯蔵装置２のガス入口の切替え
バルブ15とガス出口の下流側の燃料改質反応装置10と連
絡する切替えバルブ18および前記他の水素貯蔵装置３の
アノード７に連絡する切替えバルブ20の開閉を同期さ
せ、また、前記他の水素貯蔵装置３のガス入口の切替え
バルブ16とガス出口の下流側の燃料改質反応装置10に連
絡する切替えバルブ19および前記一の水素貯蔵装置２の
ガス出口のアノード７に連絡する切替えバルブ17の開閉
を同期させ、しかも前記２つの開閉同期は互いに反対に
操作されるようにしたことを特徴とするものである。
本発明によれば、最初の燃料改質装置で改質された改質
ガスの水素が並列に設けられた水素貯蔵装置に選択的に
分離貯蔵され、未改質ガスはさらに順次燃料改質装置に
流入して改質されるため、間接方式の改質反応器であっ
ても直接方式と同等あるいはより優れた改質率が得ら
れ、高い発電効率が達成される。また、並列に設けられ
る一方の水素貯蔵装置は水素の吸蔵を、他方は水素の放
出を交互に繰り返される。
ガスの水素が並列に設けられた水素貯蔵装置に選択的に
分離貯蔵され、未改質ガスはさらに順次燃料改質装置に
流入して改質されるため、間接方式の改質反応器であっ
ても直接方式と同等あるいはより優れた改質率が得ら
れ、高い発電効率が達成される。また、並列に設けられ
る一方の水素貯蔵装置は水素の吸蔵を、他方は水素の放
出を交互に繰り返される。
本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。
第１図は溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の模式図であ
り、図中の１は多数の単位セルおよび燃料改質器を配置
した間接方式燃料改質器内蔵型燃料電池装置、2,3は金
属水素化物（LaNi5H6，FeTiH2等）を利用した水素貯蔵
装置、４は触媒燃焼器、５は水素ボンベ、6,10は燃料改
質反応装置（燃料改質器）、７はアノード、８は炭酸塩
の電解質板、９はカソード、11,12は熱交換器、13は天
然ガスと水蒸気の導入管、14は空気の導入管、15〜22は
バルブである。
り、図中の１は多数の単位セルおよび燃料改質器を配置
した間接方式燃料改質器内蔵型燃料電池装置、2,3は金
属水素化物（LaNi5H6，FeTiH2等）を利用した水素貯蔵
装置、４は触媒燃焼器、５は水素ボンベ、6,10は燃料改
質反応装置（燃料改質器）、７はアノード、８は炭酸塩
の電解質板、９はカソード、11,12は熱交換器、13は天
然ガスと水蒸気の導入管、14は空気の導入管、15〜22は
バルブである。
このように、この実施例では２基の燃料改質反応装置6,
10、すなわち、第２の燃料改質反応装置10を燃料改質反
応装置６に対して互いに直列に配備されているととも
に、これらを連絡する管路には２基の水素貯蔵装置2,3
が互いに並列に設けられ、、これらの水素貯蔵装置2,3
を切り替えて使用できるように管路にバルブ15〜22が配
設されている。
10、すなわち、第２の燃料改質反応装置10を燃料改質反
応装置６に対して互いに直列に配備されているととも
に、これらを連絡する管路には２基の水素貯蔵装置2,3
が互いに並列に設けられ、、これらの水素貯蔵装置2,3
を切り替えて使用できるように管路にバルブ15〜22が配
設されている。
次に、この発電装置の運転操作手順について説明する
と、前記燃料電池装置１の始動時の昇温に際しバルブ1
6,17,19,21を閉めて、バルブ20、22を開き水素ボンベ５
内の水素を、金属水素化物を利用した水素貯蔵装置３に
入れる。これにより水素吸蔵反応によって発熱するの
で、この熱を熱交換器12に循環する熱媒体でこの反応系
外へ送り出し、電池装置１を昇温させる手段とする。次
にバルブ15,18,20,21を開きバルブ16,17,19,22を閉じ
る。これにより天然ガスと水蒸気は、導入管13より前記
燃料電池装置１に内蔵された燃料改質装置６に供給され
て改質される。この改質ガス中の水素ガスは、前記水素
貯蔵装置２に導入されて、この装置２内に分離回収され
て貯蔵される。金属水素化物の水素吸蔵反応は発熱反応
であるために、水素貯蔵装置２から出る排熱は、熱交換
器11を循環する熱媒体で水素貯蔵装置２の反応系外へ送
り出し、有効利用する。前記水素貯蔵装置２から出た未
改質ガスを、再度燃料電池装置１内の燃料改質反応装置
10へ導入し、充分に改質反応させてからアノード７へ供
給する。
と、前記燃料電池装置１の始動時の昇温に際しバルブ1
6,17,19,21を閉めて、バルブ20、22を開き水素ボンベ５
内の水素を、金属水素化物を利用した水素貯蔵装置３に
入れる。これにより水素吸蔵反応によって発熱するの
で、この熱を熱交換器12に循環する熱媒体でこの反応系
外へ送り出し、電池装置１を昇温させる手段とする。次
にバルブ15,18,20,21を開きバルブ16,17,19,22を閉じ
る。これにより天然ガスと水蒸気は、導入管13より前記
燃料電池装置１に内蔵された燃料改質装置６に供給され
て改質される。この改質ガス中の水素ガスは、前記水素
貯蔵装置２に導入されて、この装置２内に分離回収され
て貯蔵される。金属水素化物の水素吸蔵反応は発熱反応
であるために、水素貯蔵装置２から出る排熱は、熱交換
器11を循環する熱媒体で水素貯蔵装置２の反応系外へ送
り出し、有効利用する。前記水素貯蔵装置２から出た未
改質ガスを、再度燃料電池装置１内の燃料改質反応装置
10へ導入し、充分に改質反応させてからアノード７へ供
給する。
一方、あらかじめ水素が吸蔵されていた、金属水素化物
を利用した水素貯蔵装置３からは、前記燃料電池装置１
の排熱等を利用し熱交換器12により昇温させることで、
水素を放出させる。この放出された水素ガスは、バルブ
20,21を通過させてアノード７へ供給する。この場合、
前記水素貯蔵装置３から放出される水素ガスの流量は、
燃料電池装置１に要求される負荷の変動に応じて、熱交
換器12の温度を制御することで調節される。
を利用した水素貯蔵装置３からは、前記燃料電池装置１
の排熱等を利用し熱交換器12により昇温させることで、
水素を放出させる。この放出された水素ガスは、バルブ
20,21を通過させてアノード７へ供給する。この場合、
前記水素貯蔵装置３から放出される水素ガスの流量は、
燃料電池装置１に要求される負荷の変動に応じて、熱交
換器12の温度を制御することで調節される。
アノード７で電池反応に関与しない未反応ガスは、空気
の導入管14から供給される過剰の空気と混合し、触媒燃
料器４を経てCO2，H2O，O2ガスをカソード９へ供給す
る。ここで、前記水素貯蔵装置２内に水素が充分に吸蔵
あるいは前記水素貯蔵装置３内の水素が充分に放出され
た場合には、バルブ15,18,20,22を閉じてバルブ16,17,1
9を開ける。この場合には上記と反対に水素貯蔵装置３
内に水素が分離回収されて貯蔵され、水素貯蔵装置２内
から水素が放出される。以下の操作は、上記の操作手順
と同様にして行い、水素貯蔵装置2,3を交互に吸蔵、放
出するように運転する。
の導入管14から供給される過剰の空気と混合し、触媒燃
料器４を経てCO2，H2O，O2ガスをカソード９へ供給す
る。ここで、前記水素貯蔵装置２内に水素が充分に吸蔵
あるいは前記水素貯蔵装置３内の水素が充分に放出され
た場合には、バルブ15,18,20,22を閉じてバルブ16,17,1
9を開ける。この場合には上記と反対に水素貯蔵装置３
内に水素が分離回収されて貯蔵され、水素貯蔵装置２内
から水素が放出される。以下の操作は、上記の操作手順
と同様にして行い、水素貯蔵装置2,3を交互に吸蔵、放
出するように運転する。
なお、いわゆる水素吸蔵合金（Ti−Ni系合金、Ti−Cu系
などの合金）も前記金属水素化物と同様に水素吸蔵機能
を有し、その昇温により水素ガスを放出する性質がある
ので、この水素吸蔵合金を水素貯蔵装置に適用すること
ができる。
などの合金）も前記金属水素化物と同様に水素吸蔵機能
を有し、その昇温により水素ガスを放出する性質がある
ので、この水素吸蔵合金を水素貯蔵装置に適用すること
ができる。
以上のように、この実施例では、上記の操作を交互に繰
り返すことで、改質ガス中の水素ガスのみを連絡して分
離回収して燃料改質反応装置内の水素分圧を低下させる
ことができ、炭化水素系燃料の改質率を高めることが可
能である。
り返すことで、改質ガス中の水素ガスのみを連絡して分
離回収して燃料改質反応装置内の水素分圧を低下させる
ことができ、炭化水素系燃料の改質率を高めることが可
能である。
なお、本発明は、上記のように改質ガス中の水素を水素
貯蔵装置に回収するとともに、該装置から流出する未改
質ガスを再び燃料改質装置に供給することを骨子とする
ものであるが、上記実施例のように燃料改質反応装置6,
10を２基（又は３基以上）互いに直列に配備した発電装
置に限らず、該反応装置６を１基とし、該反応装置から
の流出ガスをその流入側に返送するための返送流路を設
けるとともに、この返送流路に水素貯蔵装置を配備する
ことによっても本発明の目的を達成することができる。
貯蔵装置に回収するとともに、該装置から流出する未改
質ガスを再び燃料改質装置に供給することを骨子とする
ものであるが、上記実施例のように燃料改質反応装置6,
10を２基（又は３基以上）互いに直列に配備した発電装
置に限らず、該反応装置６を１基とし、該反応装置から
の流出ガスをその流入側に返送するための返送流路を設
けるとともに、この返送流路に水素貯蔵装置を配備する
ことによっても本発明の目的を達成することができる。
次に、本発明にかかる溶融炭酸塩型燃料電池装置におけ
る、メタンの改質率と金属水素化物を利用した水素貯蔵
装置の水素回収率との関係を調べる。
る、メタンの改質率と金属水素化物を利用した水素貯蔵
装置の水素回収率との関係を調べる。
前出の式（２），（３）の反応において、反応温度が、
前記燃料電池装置の作動温度（600〜700℃）の範囲内で
一定であるとし式（２），（３）の平衡関係が成立する
ものとする。いま、反応条件として、反応温度が648
℃、メタンと水蒸気の混合比（モル比）が1:2.5である
と仮定し式（２），（３）の平衡定数からメタンの改質
率を数値計算する。
前記燃料電池装置の作動温度（600〜700℃）の範囲内で
一定であるとし式（２），（３）の平衡関係が成立する
ものとする。いま、反応条件として、反応温度が648
℃、メタンと水蒸気の混合比（モル比）が1:2.5である
と仮定し式（２），（３）の平衡定数からメタンの改質
率を数値計算する。
第２図は、計算から求めたメタン改質率と水素回収率と
の関係を示す。ここで、メタンの改質率は、式（４）で
求めた。
の関係を示す。ここで、メタンの改質率は、式（４）で
求めた。
メタンの改質率（％） ＝｛１−（CH4）／［（CO）＋（CO2）＋（CH4）SU］｝
×100 （４） また、金属水素化物を利用した水素貯蔵装置内に吸蔵さ
れた水素の回収率は、式（５）で求めた。
×100 （４） また、金属水素化物を利用した水素貯蔵装置内に吸蔵さ
れた水素の回収率は、式（５）で求めた。
水素の回収率（％）＝｛（金属水素化物を利用した水素
貯蔵装置内に吸蔵された水素回収量）／（初めの改質ガ
ス中の水素量）｝×100 （５） 第２図から、メタンの改質率は水素の回収率の増大とと
もにほぼ直線的に増大することがわかる。
貯蔵装置内に吸蔵された水素回収量）／（初めの改質ガ
ス中の水素量）｝×100 （５） 第２図から、メタンの改質率は水素の回収率の増大とと
もにほぼ直線的に増大することがわかる。
一方、第３図は、従来の間接方式燃料改質器内蔵型燃料
電池装置を備えた発電装置と、本発明の前記実施例にか
かる発電装置について、圧力とメタン改質率との関係を
比較して示したものである。
電池装置を備えた発電装置と、本発明の前記実施例にか
かる発電装置について、圧力とメタン改質率との関係を
比較して示したものである。
第３図から、本発明の発電方法によればメタンの改質率
が従来の発電方法に比べて大幅に向上することがわか
る。
が従来の発電方法に比べて大幅に向上することがわか
る。
以上述べたように本発明は、燃料改質反応装置から出た
改質ガス中の水素ガスを所定の水素貯蔵装置に分離回収
し、残余のガスを再び燃料改質反応装置へ供給して改質
ガスとし、これを燃料電池装置へ導入するものであるか
ら、後段の燃料改質反応装置の水素分圧を低下させるこ
とができ、炭化水素系燃料の水素への改質率が向上して
燃料の使用効率が高い発電操作を行うことができる効果
がある。
改質ガス中の水素ガスを所定の水素貯蔵装置に分離回収
し、残余のガスを再び燃料改質反応装置へ供給して改質
ガスとし、これを燃料電池装置へ導入するものであるか
ら、後段の燃料改質反応装置の水素分圧を低下させるこ
とができ、炭化水素系燃料の水素への改質率が向上して
燃料の使用効率が高い発電操作を行うことができる効果
がある。
第１図は本発明にかかる溶融炭酸塩型燃料電池の発電装
置の一実施例、すなわち間接方式燃料改質器内蔵型燃料
電池の発電装置の模式図、第２図はメタンの改質率と金
属水素化物を利用した水素貯蔵装置内の水素回収率との
関係を示すグラフ、第３図は第１図の発電装置と従来の
間接方式燃料改質器内蔵型燃料電池装置について圧力と
メタン改質率との関係を比較して示すグラフである。 第４図（Ａ），（Ｂ）は従来の燃料改質器内蔵型燃料電
池装置の模式図であって、同図（Ａ）はアノードのガス
供給路の一部に改質触媒を配置する直接方式のものを、
同図（Ｂ）はアノード室に隣接する反応室に改質触媒を
配置する間接方式のものを、それぞれ示す。 １……溶融炭酸塩型燃料電池の発電装置（間接方式燃料
改質器内蔵型燃料電池装置）、2,3……水素貯蔵装置、
４……触媒燃焼器、５……水素ボンベ、６……燃料改質
反応装置、７……アノード、８……電解質板、９……カ
ソード、10……燃料改質反応装置、11,12……熱交換
器、13,14……導入管、15〜22……バルブ、31a,31b……
燃料改質器内蔵型燃料電池装置、32a,32b……導入管、3
3a,33b……触媒燃焼器、34a,34b……導入管、35a,35b…
…燃料改質反応装置、36a,36b……アノード、37a,37b…
…電解質板、38a,38b……カソード。
置の一実施例、すなわち間接方式燃料改質器内蔵型燃料
電池の発電装置の模式図、第２図はメタンの改質率と金
属水素化物を利用した水素貯蔵装置内の水素回収率との
関係を示すグラフ、第３図は第１図の発電装置と従来の
間接方式燃料改質器内蔵型燃料電池装置について圧力と
メタン改質率との関係を比較して示すグラフである。 第４図（Ａ），（Ｂ）は従来の燃料改質器内蔵型燃料電
池装置の模式図であって、同図（Ａ）はアノードのガス
供給路の一部に改質触媒を配置する直接方式のものを、
同図（Ｂ）はアノード室に隣接する反応室に改質触媒を
配置する間接方式のものを、それぞれ示す。 １……溶融炭酸塩型燃料電池の発電装置（間接方式燃料
改質器内蔵型燃料電池装置）、2,3……水素貯蔵装置、
４……触媒燃焼器、５……水素ボンベ、６……燃料改質
反応装置、７……アノード、８……電解質板、９……カ
ソード、10……燃料改質反応装置、11,12……熱交換
器、13,14……導入管、15〜22……バルブ、31a,31b……
燃料改質器内蔵型燃料電池装置、32a,32b……導入管、3
3a,33b……触媒燃焼器、34a,34b……導入管、35a,35b…
…燃料改質反応装置、36a,36b……アノード、37a,37b…
…電解質板、38a,38b……カソード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 棚瀬 繁雄 大阪府池田市緑丘１丁目８番31号 工業技 術院大阪工業技術試験所内 (72)発明者 小黒 啓介 大阪府池田市緑丘１丁目８番31号 工業技 術院大阪工業技術試験所内 (72)発明者 長坂 浩志 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 関口 英明 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 土屋 直樹 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 審判の合議体 審判長 西 義之 審判官 小野 秀幸 審判官 相沢 旭
Claims (2)
- 【請求項１】天然ガスやメタノールなどの炭化水素系燃
料を水素リッチなガスに改質する燃料改質反応装置6,10
と、該燃料改質反応装置6,10から供給される水素をアノ
ード７で酸化するとともにカソード９で酸化剤ガスを還
元して発電する燃料電池装置１を備えた溶融炭酸塩型燃
料電池の発電装置において、 前記燃料改質反応装置を前記アノードから隔離された間
接式燃料改質器内蔵型のものとして複数6,10を互いに流
路により直列に接続して設け、該複数の燃料改質反応装
置6,10のうち改質ガス最下流側の燃料改質反応装置10の
改質ガス出口側を前記アノード７に連絡するとともに、 これら互いに隣合う燃料改質反応装置6,10を連絡する流
路に水素貯蔵装置を少なくとも２個2,3互いに並列に設
け、前記各水素貯蔵装置2,3のガス入口を前記上流側の
燃料改質反応装置６の改質ガス出口に切替えバルブ15,1
6を介して並列に連絡するとともに、前記各水素貯蔵装
置2,3のガス出口をそれぞれ前記アノード７と前記下流
側の燃料改質反応装置10のガス入口とに切替えバルブ1
7,18、20,19を介して並列に連絡し、 少なくとも前記一の水素貯蔵装置２のガス入口の切替え
バルブ15とガス出口の下流側の燃料改質反応装置10と連
絡する切替えバルブ18および前記他の水素貯蔵装置３の
アノード７に連絡する切替えバルブ20の開閉を同期さ
せ、また、前記他の水素貯蔵装置３のガス入口の切替え
バルブ16とガス出口の下流側の燃料改質反応装置10に連
絡する切替えバルブ19および前記一の水素貯蔵装置２の
ガス出口のアノード７に連絡する切替えバルブ17の開閉
を同期させ、しかも前記２つの開閉同期は互いに反対に
操作されるようにしたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃
料電池の発電装置。 - 【請求項２】前記水素貯蔵装置2,3は、熱交換器11,12を
備えていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の溶融炭酸塩型燃料電池の発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62062620A JPH0797503B2 (ja) | 1987-03-19 | 1987-03-19 | 溶融炭酸塩型燃料電池の発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62062620A JPH0797503B2 (ja) | 1987-03-19 | 1987-03-19 | 溶融炭酸塩型燃料電池の発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63231878A JPS63231878A (ja) | 1988-09-27 |
| JPH0797503B2 true JPH0797503B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=13205541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62062620A Expired - Lifetime JPH0797503B2 (ja) | 1987-03-19 | 1987-03-19 | 溶融炭酸塩型燃料電池の発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0797503B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07109773B2 (ja) * | 1989-02-28 | 1995-11-22 | 石川島播磨重工業株式会社 | 燃料電池を用いた発電装置 |
| US6368735B1 (en) | 1999-10-19 | 2002-04-09 | Ford Global Technologies, Inc. | Fuel cell power generation system and method for powering an electric vehicle |
| TW201429038A (zh) * | 2008-05-14 | 2014-07-16 | Nippon Oil Corp | 脫硫裝置及燃料電池系統 |
| TWI748890B (zh) * | 2020-03-06 | 2021-12-01 | 日商日本輝爾康股份有限公司 | 氫氣發電系統 |
-
1987
- 1987-03-19 JP JP62062620A patent/JPH0797503B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63231878A (ja) | 1988-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6531243B2 (en) | Solid oxide fuel operating with an excess of fuel | |
| US4917971A (en) | Internal reforming fuel cell system requiring no recirculated cooling and providing a high fuel process gas utilization | |
| US7736774B2 (en) | Solid oxide fuel cell system | |
| JP4248182B2 (ja) | 燃料電池発電システムおよび燃料電池のパージ方法 | |
| JP2581662B2 (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2005506659A (ja) | 有機燃料から作られた不活性ガスで燃料電池システムをパージする方法 | |
| US9525183B2 (en) | Fuel cell system having two fuel cell stacks connected in series | |
| US20060019139A1 (en) | Fuel cell power generation system | |
| JPH10330101A (ja) | 水素製造装置及び水素製造方法 | |
| JPH081810B2 (ja) | 内部改質形溶融炭酸塩形燃料電池 | |
| JPH06310158A (ja) | 内部改質形燃料電池装置および燃料電池発電システム | |
| JP2001266924A (ja) | 固体電解質型燃料電池システム | |
| JP4956946B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP4570904B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池システムのホットスタンバイ法及びそのシステム | |
| JP3364069B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池モジュール | |
| JP3220438B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JPS63232275A (ja) | 積層型燃料電池 | |
| JPH0797503B2 (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池の発電装置 | |
| JPH06325783A (ja) | 内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池システム | |
| JPH03208258A (ja) | 燃料電池発電システムおよび燃料ガス供給方法 | |
| JP3257604B2 (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2001189162A (ja) | 燃料電池システム | |
| KR102548739B1 (ko) | 열효율이 우수한 연료전지 시스템 | |
| KR100560442B1 (ko) | 연료 전지 시스템 | |
| JP4467924B2 (ja) | 燃料電池発電システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |