JPH08222261A - 燃料電池発電システム - Google Patents
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- JPH08222261A JPH08222261A JP7030354A JP3035495A JPH08222261A JP H08222261 A JPH08222261 A JP H08222261A JP 7030354 A JP7030354 A JP 7030354A JP 3035495 A JP3035495 A JP 3035495A JP H08222261 A JPH08222261 A JP H08222261A
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- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 水蒸気改質装置の触媒にカーボンが析出する
ことを防止し、高性能を維持できる燃料電池発電システ
ムを提供する。 【構成】 水添脱硫装置３と水蒸気改質装置４の間に、
貴金属系触媒を充填した交換式のプレリフォーマ２０
と、プレリフォーマバイパスライン２１が設けられてい
る。また、プレリフォーマ２０の入口側ラインと出口側
ラインの間には、両者の圧力差を測定する差圧計３０が
設けられ、また、前記プレリフォーマ２０と水蒸気改質
装置４とを結ぶライン上には、ガス分析装置３１あるい
はガスサンプリングポートが配設され、さらに、プレリ
フォーマ２０の出口部分のガス温度を測定する温度計３
２が配設されている。また、プレリフォーマ２０の入口
側ライン上に、プレリフォーマの入口圧力を検出するた
めの圧力計３３が配設されている。
ことを防止し、高性能を維持できる燃料電池発電システ
ムを提供する。 【構成】 水添脱硫装置３と水蒸気改質装置４の間に、
貴金属系触媒を充填した交換式のプレリフォーマ２０
と、プレリフォーマバイパスライン２１が設けられてい
る。また、プレリフォーマ２０の入口側ラインと出口側
ラインの間には、両者の圧力差を測定する差圧計３０が
設けられ、また、前記プレリフォーマ２０と水蒸気改質
装置４とを結ぶライン上には、ガス分析装置３１あるい
はガスサンプリングポートが配設され、さらに、プレリ
フォーマ２０の出口部分のガス温度を測定する温度計３
２が配設されている。また、プレリフォーマ２０の入口
側ライン上に、プレリフォーマの入口圧力を検出するた
めの圧力計３３が配設されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電システム
に係り、特に、水蒸気改質装置の触媒にカーボン析出が
生じないように改良を施した燃料電池発電システムに関
するものである。
に係り、特に、水蒸気改質装置の触媒にカーボン析出が
生じないように改良を施した燃料電池発電システムに関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】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装置として、燃料電池が知られて
いる。この燃料電池は、通常、電解質を保持した電解質
層を挟んで、燃料極と酸素極とからなる一対の多孔質電
極を対向させて燃料電池を形成し、燃料極の背面に燃料
ガスを接触させ、また、酸素極の背面に空気を接触させ
ることにより、このとき生じる電気化学反応を利用し
て、前記両極から電気エネルギーを取り出すようにした
ものである。
エネルギーに変換する装置として、燃料電池が知られて
いる。この燃料電池は、通常、電解質を保持した電解質
層を挟んで、燃料極と酸素極とからなる一対の多孔質電
極を対向させて燃料電池を形成し、燃料極の背面に燃料
ガスを接触させ、また、酸素極の背面に空気を接触させ
ることにより、このとき生じる電気化学反応を利用し
て、前記両極から電気エネルギーを取り出すようにした
ものである。
【０００３】この燃料電池によれば、燃料ガスと空気が
供給されている限り、高い変換効率で電気エネルギーを
取り出すことができるため、省エネルギー、環境保全等
に有利な発電システムとして、実用化に向けて研究が活
発に行われている。なかでも、リン酸を電解質とする燃
料電池は、最も早く実用化され得るものと期待されてい
る。
供給されている限り、高い変換効率で電気エネルギーを
取り出すことができるため、省エネルギー、環境保全等
に有利な発電システムとして、実用化に向けて研究が活
発に行われている。なかでも、リン酸を電解質とする燃
料電池は、最も早く実用化され得るものと期待されてい
る。
【０００４】このリン酸電解質型燃料電池の燃料として
は水素が汎用されているが、この水素は、通常、メタ
ン、都市ガス、天然ガス（ＬＮＧを含む）、プロパン、
ナフサ、灯油、液化石油ガス（ＬＰＧ）等の原燃料を、
水蒸気改質反応により、水素を主成分とする燃料ガスに
変換することにより得られている。また、酸化剤である
酸素は、大気中からそのまま、あるいはコンプレッサー
等により圧縮されて酸素極へ供給される。
は水素が汎用されているが、この水素は、通常、メタ
ン、都市ガス、天然ガス（ＬＮＧを含む）、プロパン、
ナフサ、灯油、液化石油ガス（ＬＰＧ）等の原燃料を、
水蒸気改質反応により、水素を主成分とする燃料ガスに
変換することにより得られている。また、酸化剤である
酸素は、大気中からそのまま、あるいはコンプレッサー
等により圧縮されて酸素極へ供給される。
【０００５】また、前記原燃料は数百ｐｐｍ〜数ｐｐｍ
程度の硫黄分を含んでおり、この硫黄分は、水蒸気改質
反応の触媒（例えば、Ｎｉ系触媒）を被毒させる。この
被毒は、比較的温度の低い（５００℃以下）部分で起こ
りやすく、触媒活性を低下させる原因となる。このた
め、従来の燃料電池発電システムでは、原燃料は水蒸気
改質反応の前に、あらかじめ水添脱硫装置等により脱硫
処理されている。
程度の硫黄分を含んでおり、この硫黄分は、水蒸気改質
反応の触媒（例えば、Ｎｉ系触媒）を被毒させる。この
被毒は、比較的温度の低い（５００℃以下）部分で起こ
りやすく、触媒活性を低下させる原因となる。このた
め、従来の燃料電池発電システムでは、原燃料は水蒸気
改質反応の前に、あらかじめ水添脱硫装置等により脱硫
処理されている。
【０００６】図２は、上述した様な水添脱硫装置及び水
蒸気改質装置を有する従来の代表的な燃料電池発電シス
テムの基本的構成例を示したものである。すなわち、図
２に示した様に、原燃料１は、後述する一酸化炭素変成
器２から導かれる（水素を主成分とする）燃料ガスの一
部と混合され、３５０〜４００℃に加熱された後、水添
脱硫装置３に導入される。次に、前記水添脱硫装置３に
おいて、原燃料中の有機硫黄分は、Ｎｉ−Ｍｏ系触媒等
の存在下で、混合されたＨ2 と反応してＨ2 Ｓに変換さ
れ、このＨ2 ＳがＺｎＯの吸着層に吸着されることによ
り、脱硫される。そして、脱硫された原燃料１は、後述
する気水分離器１７より導入される水蒸気と混合され
て、水蒸気改質装置４に導入される。
蒸気改質装置を有する従来の代表的な燃料電池発電シス
テムの基本的構成例を示したものである。すなわち、図
２に示した様に、原燃料１は、後述する一酸化炭素変成
器２から導かれる（水素を主成分とする）燃料ガスの一
部と混合され、３５０〜４００℃に加熱された後、水添
脱硫装置３に導入される。次に、前記水添脱硫装置３に
おいて、原燃料中の有機硫黄分は、Ｎｉ−Ｍｏ系触媒等
の存在下で、混合されたＨ2 と反応してＨ2 Ｓに変換さ
れ、このＨ2 ＳがＺｎＯの吸着層に吸着されることによ
り、脱硫される。そして、脱硫された原燃料１は、後述
する気水分離器１７より導入される水蒸気と混合され
て、水蒸気改質装置４に導入される。
【０００７】この水蒸気改質装置４は、例えばＮｉ／Ａ
ｌ2 Ｏ3 系触媒が充填された改質管群と、それらを管外
から加熱するバーナー５から構成されている。そして、
前記原燃料１は、改質管入口では３００〜４５０℃程
度、改質管出口では７００〜８５０℃程度に加熱され
て、水素を主成分とする燃料ガスに改質され、改質管出
口から排出される。
ｌ2 Ｏ3 系触媒が充填された改質管群と、それらを管外
から加熱するバーナー５から構成されている。そして、
前記原燃料１は、改質管入口では３００〜４５０℃程
度、改質管出口では７００〜８５０℃程度に加熱され
て、水素を主成分とする燃料ガスに改質され、改質管出
口から排出される。
【０００８】この様にして改質された燃料ガスは、変成
触媒が充填された一酸化炭素変成器２に導入され、この
一酸化炭素変成器２において、燃料ガスに含有される一
酸化炭素が水素と二酸化炭素に変成される。これは、燃
料電池の燃料極（アノード）６の触媒が改質燃料ガスに
含有される一酸化炭素によって被毒することを防止し、
また、燃料ガス成分の水素への変換率をより高めるため
に行われる。そして、前記一酸化炭素変成器２から排出
された燃料ガスは、その一部が前記水添脱硫装置３に送
られ、残りが燃料電池の燃料極６に送られて燃料として
使用される。続いて、燃料極６に送られた燃料ガス中の
水素は、コンプレッサー７により酸素極８に流入してい
る空気９中の酸素と電気化学的に反応し、その結果、一
部が消費されて電気エネルギーを生成し、水を副生す
る。
触媒が充填された一酸化炭素変成器２に導入され、この
一酸化炭素変成器２において、燃料ガスに含有される一
酸化炭素が水素と二酸化炭素に変成される。これは、燃
料電池の燃料極（アノード）６の触媒が改質燃料ガスに
含有される一酸化炭素によって被毒することを防止し、
また、燃料ガス成分の水素への変換率をより高めるため
に行われる。そして、前記一酸化炭素変成器２から排出
された燃料ガスは、その一部が前記水添脱硫装置３に送
られ、残りが燃料電池の燃料極６に送られて燃料として
使用される。続いて、燃料極６に送られた燃料ガス中の
水素は、コンプレッサー７により酸素極８に流入してい
る空気９中の酸素と電気化学的に反応し、その結果、一
部が消費されて電気エネルギーを生成し、水を副生す
る。
【０００９】燃料極６から排出されたアノード排ガス
（まだ水素が残存している）は、前記水蒸気改質装置４
のバーナー５に送られ、ここで、前記コンプレッサー７
から供給される空気９と混合されて、バーナー５で燃焼
され、水蒸気改質装置４の加熱源として利用される。ま
た、バーナー５から排出された水蒸気を含むガスは、第
１の熱交換器１０を経た後、凝縮器１１で気水分離さ
れ、分離されたガスは大気に排気される。一方、凝縮さ
れた水は、給水ライン１２と合流し、給水ポンプ１３及
び冷却水ポンプ１４を介して燃料電池本体１５へ送ら
れ、その冷却に用いられる。
（まだ水素が残存している）は、前記水蒸気改質装置４
のバーナー５に送られ、ここで、前記コンプレッサー７
から供給される空気９と混合されて、バーナー５で燃焼
され、水蒸気改質装置４の加熱源として利用される。ま
た、バーナー５から排出された水蒸気を含むガスは、第
１の熱交換器１０を経た後、凝縮器１１で気水分離さ
れ、分離されたガスは大気に排気される。一方、凝縮さ
れた水は、給水ライン１２と合流し、給水ポンプ１３及
び冷却水ポンプ１４を介して燃料電池本体１５へ送ら
れ、その冷却に用いられる。
【００１０】さらに、前記燃料電池本体１５から排出さ
れた冷却水は、第２の熱交換器１６によって一部廃熱回
収され、気水分離器１７に送られ、ここで水と蒸気に分
離される。そして、気水分離器１７において分離された
水は、前記冷却水ポンプ１４を経て、燃料電池本体１５
の冷却に循環使用される。一方、気水分離器１７におい
て分離された水蒸気は、上述した様に、脱硫された原燃
料１と混合され、水蒸気改質装置４に送られ、水蒸気改
質反応に利用される。
れた冷却水は、第２の熱交換器１６によって一部廃熱回
収され、気水分離器１７に送られ、ここで水と蒸気に分
離される。そして、気水分離器１７において分離された
水は、前記冷却水ポンプ１４を経て、燃料電池本体１５
の冷却に循環使用される。一方、気水分離器１７におい
て分離された水蒸気は、上述した様に、脱硫された原燃
料１と混合され、水蒸気改質装置４に送られ、水蒸気改
質反応に利用される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た様な従来の燃料電池発電システムには以下の問題点が
ある。すなわち、原燃料１中に炭素数２以上の高位炭化
水素が多く含まれていると、水蒸気改質装置４の改質管
入口部において、触媒層の温度が低いために高位炭化水
素の水蒸気改質反応が遅くなる。その結果、カーボンが
析出し、触媒の反応面積が減少するため、性能劣化が起
きていた。また、上述した様にカーボンが析出すると、
水蒸気改質装置４の差圧が増大し、燃料流量が低下する
ため、水蒸気改質装置４の温度が上昇し、これにより運
転制限を受けることとなっていた。さらに、低Ｓ／Ｃ
（スチーム／カーボン）条件下では、この様な現象が助
長されるので、同様な問題が増大していた。
た様な従来の燃料電池発電システムには以下の問題点が
ある。すなわち、原燃料１中に炭素数２以上の高位炭化
水素が多く含まれていると、水蒸気改質装置４の改質管
入口部において、触媒層の温度が低いために高位炭化水
素の水蒸気改質反応が遅くなる。その結果、カーボンが
析出し、触媒の反応面積が減少するため、性能劣化が起
きていた。また、上述した様にカーボンが析出すると、
水蒸気改質装置４の差圧が増大し、燃料流量が低下する
ため、水蒸気改質装置４の温度が上昇し、これにより運
転制限を受けることとなっていた。さらに、低Ｓ／Ｃ
（スチーム／カーボン）条件下では、この様な現象が助
長されるので、同様な問題が増大していた。
【００１２】本発明は、上述した様な従来技術の問題点
を解消するために提案されたもので、その目的は、水蒸
気改質装置の触媒にカーボンが析出することを防止し、
高性能を維持できる燃料電池発電システムを提供するこ
とにある。
を解消するために提案されたもので、その目的は、水蒸
気改質装置の触媒にカーボンが析出することを防止し、
高性能を維持できる燃料電池発電システムを提供するこ
とにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
炭化水素系の原燃料と水蒸気との触媒を利用した水蒸気
改質反応により、原燃料を水素主体の燃料ガスに改質す
る水蒸気改質装置と、この水素主体の燃料ガスと大気中
の酸素とを反応させて電気エネルギーを取り出す燃料電
池を備え、前記改質された燃料ガスを前記燃料電池の燃
料極へ導く管路を有する燃料電池発電システムにおい
て、前記原燃料を燃料ガスに改質して出力する貴金属系
触媒を充填したプレリフォーマに原燃料が入力され、こ
のプレリフォーマの出力が前記水蒸気改質装置に入力さ
れるとともに、前記プレリフォーマの入口側ラインと出
口側ラインを連結するプレリフォーマバイパスラインを
設けたことを特徴とするものである。
炭化水素系の原燃料と水蒸気との触媒を利用した水蒸気
改質反応により、原燃料を水素主体の燃料ガスに改質す
る水蒸気改質装置と、この水素主体の燃料ガスと大気中
の酸素とを反応させて電気エネルギーを取り出す燃料電
池を備え、前記改質された燃料ガスを前記燃料電池の燃
料極へ導く管路を有する燃料電池発電システムにおい
て、前記原燃料を燃料ガスに改質して出力する貴金属系
触媒を充填したプレリフォーマに原燃料が入力され、こ
のプレリフォーマの出力が前記水蒸気改質装置に入力さ
れるとともに、前記プレリフォーマの入口側ラインと出
口側ラインを連結するプレリフォーマバイパスラインを
設けたことを特徴とするものである。
【００１４】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の燃料電池発電システムにおいて、前記貴金属系触媒
がＲｕ触媒であることを特徴とするものである。
載の燃料電池発電システムにおいて、前記貴金属系触媒
がＲｕ触媒であることを特徴とするものである。
【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の燃料電池発電システムにおいて、前記プレ
リフォーマに、その入口側及び出口側の圧力差を検出す
る差圧計を取り付けたことを特徴とするものである。
求項２記載の燃料電池発電システムにおいて、前記プレ
リフォーマに、その入口側及び出口側の圧力差を検出す
る差圧計を取り付けたことを特徴とするものである。
【００１６】請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求
項３のいずれか一に記載の燃料電池発電システムにおい
て、前記プレリフォーマの出口側ライン上に、ガス分析
装置あるいはガスサンプリングポートを取り付けたこと
を特徴とするものである。
項３のいずれか一に記載の燃料電池発電システムにおい
て、前記プレリフォーマの出口側ライン上に、ガス分析
装置あるいはガスサンプリングポートを取り付けたこと
を特徴とするものである。
【００１７】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれか一に記載の燃料電池発電システムにおい
て、前記プレリフォーマの出口側ライン上に、プレリフ
ォーマの出口ガス温度を検出する温度計を配設したこと
を特徴とするものである。
項４のいずれか一に記載の燃料電池発電システムにおい
て、前記プレリフォーマの出口側ライン上に、プレリフ
ォーマの出口ガス温度を検出する温度計を配設したこと
を特徴とするものである。
【００１８】請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求
項５のいずれか一に記載の燃料電池発電システムにおい
て、前記プレリフォーマの入口側ライン上に、プレリフ
ォーマの入口圧力を検出する圧力計を配設したことを特
徴とするものである。
項５のいずれか一に記載の燃料電池発電システムにおい
て、前記プレリフォーマの入口側ライン上に、プレリフ
ォーマの入口圧力を検出する圧力計を配設したことを特
徴とするものである。
【００１９】
【作用】請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、
燃料ガス中に含まれる炭素数２以上の高位炭化水素は、
貴金属系触媒あるいはＲｕ触媒によって完全に分解され
てメタンとなり、水蒸気改質装置のＮｉ系触媒に送り込
まれる。その結果、水蒸気改質装置のＮｉ系触媒入口で
は、炭素数１のメタンしか存在しないため、カーボンが
析出することなく改質され、性能が劣化しないため、長
期間安定して運転することができる。
燃料ガス中に含まれる炭素数２以上の高位炭化水素は、
貴金属系触媒あるいはＲｕ触媒によって完全に分解され
てメタンとなり、水蒸気改質装置のＮｉ系触媒に送り込
まれる。その結果、水蒸気改質装置のＮｉ系触媒入口で
は、炭素数１のメタンしか存在しないため、カーボンが
析出することなく改質され、性能が劣化しないため、長
期間安定して運転することができる。
【００２０】また、プレリフォーマの触媒層にカーボン
が析出したことが検出された場合には、プレリフォーマ
バイパスラインを用いて運転を続けながら、触媒層にカ
ーボンが析出したプレリフォーマを容易に交換すること
ができる。
が析出したことが検出された場合には、プレリフォーマ
バイパスラインを用いて運転を続けながら、触媒層にカ
ーボンが析出したプレリフォーマを容易に交換すること
ができる。
【００２１】請求項３記載の発明によれば、プレリフォ
ーマの入口側及び出口側の圧力差を検出することによ
り、プレリフォーマの触媒層にカーボンが析出したこと
を検出することができる。
ーマの入口側及び出口側の圧力差を検出することによ
り、プレリフォーマの触媒層にカーボンが析出したこと
を検出することができる。
【００２２】請求項４記載の発明によれば、プレリフォ
ーマの出口側ライン上に、ガス分析装置あるいはガスサ
ンプリングポートを取り付けることにより、炭素数２以
上の高位炭化水素を検出することができ、これによりプ
レリフォーマの触媒層にカーボンが析出したことを検知
することができる。
ーマの出口側ライン上に、ガス分析装置あるいはガスサ
ンプリングポートを取り付けることにより、炭素数２以
上の高位炭化水素を検出することができ、これによりプ
レリフォーマの触媒層にカーボンが析出したことを検知
することができる。
【００２３】請求項５記載の発明によれば、プレリフォ
ーマの出口側ライン上に、プレリフォーマの出口ガス温
度を検出する温度計を配設したことにより、プレリフォ
ーマの出口部分のガス温度が上昇したことを検出するこ
とができ、これによりプレリフォーマの触媒層にカーボ
ンが析出したことを検知することができる。
ーマの出口側ライン上に、プレリフォーマの出口ガス温
度を検出する温度計を配設したことにより、プレリフォ
ーマの出口部分のガス温度が上昇したことを検出するこ
とができ、これによりプレリフォーマの触媒層にカーボ
ンが析出したことを検知することができる。
【００２４】請求項６記載の発明によれば、プレリフォ
ーマの入口側ライン上に、プレリフォーマの入口圧力を
検出する圧力計を配設したことにより、プレリフォーマ
の入口部分の圧力が上昇したことを検出することがで
き、これによりプレリフォーマの触媒層にカーボンが析
出したことを検知することができる。
ーマの入口側ライン上に、プレリフォーマの入口圧力を
検出する圧力計を配設したことにより、プレリフォーマ
の入口部分の圧力が上昇したことを検出することがで
き、これによりプレリフォーマの触媒層にカーボンが析
出したことを検知することができる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の燃料電池発電システムの一実
施例を、図１に基づいて具体的に説明する。なお、図１
は、主として図２に示した従来型と異なる部分を示した
ものであり、図２に示した従来型と同一の部材には同一
の符号を付して、説明は省略する。
施例を、図１に基づいて具体的に説明する。なお、図１
は、主として図２に示した従来型と異なる部分を示した
ものであり、図２に示した従来型と同一の部材には同一
の符号を付して、説明は省略する。
【００２６】本実施例においては、図１に示した様に、
水添脱硫装置３と水蒸気改質装置４の間に、貴金属系触
媒を充填した交換式のプレリフォーマ２０と、プレリフ
ォーマバイパスライン２１が設けられている。すなわ
ち、Ｒｕ触媒２２が充填されたプレリフォーマ２０が、
水添脱硫装置３と水蒸気改質装置４の間に配設され、前
記水添脱硫装置３によって脱硫された原燃料１と、図２
に示した気水分離器１７から導かれる水蒸気とが、約２
〜４のＳ／Ｃ（スチーム／カーボン）条件下で混合され
て、プレリフォーマ２０に導入されるように構成されて
いる。
水添脱硫装置３と水蒸気改質装置４の間に、貴金属系触
媒を充填した交換式のプレリフォーマ２０と、プレリフ
ォーマバイパスライン２１が設けられている。すなわ
ち、Ｒｕ触媒２２が充填されたプレリフォーマ２０が、
水添脱硫装置３と水蒸気改質装置４の間に配設され、前
記水添脱硫装置３によって脱硫された原燃料１と、図２
に示した気水分離器１７から導かれる水蒸気とが、約２
〜４のＳ／Ｃ（スチーム／カーボン）条件下で混合され
て、プレリフォーマ２０に導入されるように構成されて
いる。
【００２７】また、前記水添脱硫装置３とプレリフォー
マ２０とを結ぶライン上には、第１の制御弁２３が設け
られ、その第１の制御弁２３より水添脱硫装置３側のラ
インから、プレリフォーマ２０と水蒸気改質装置４とを
結ぶライン上に、分岐路であるプレリフォーマバイパス
ライン２１が設けられている。なお、このプレリフォー
マバイパスライン２１には、第２の制御弁２４及び第３
の制御弁２５が設けられている。
マ２０とを結ぶライン上には、第１の制御弁２３が設け
られ、その第１の制御弁２３より水添脱硫装置３側のラ
インから、プレリフォーマ２０と水蒸気改質装置４とを
結ぶライン上に、分岐路であるプレリフォーマバイパス
ライン２１が設けられている。なお、このプレリフォー
マバイパスライン２１には、第２の制御弁２４及び第３
の制御弁２５が設けられている。
【００２８】さらに、前記プレリフォーマ２０の入口側
ラインと出口側ラインの間には、両者の圧力差を測定す
る差圧計３０が設けられている。また、前記プレリフォ
ーマ２０と水蒸気改質装置４とを結ぶライン上には、ガ
ス分析装置３１あるいはガスサンプリングポートが配設
され、さらに、プレリフォーマ２０の出口部分のガス温
度を測定する温度計３２が配設されている。また、プレ
リフォーマ２０の入口側ライン上に、プレリフォーマの
入口圧力を検出するための圧力計３３が配設されてい
る。
ラインと出口側ラインの間には、両者の圧力差を測定す
る差圧計３０が設けられている。また、前記プレリフォ
ーマ２０と水蒸気改質装置４とを結ぶライン上には、ガ
ス分析装置３１あるいはガスサンプリングポートが配設
され、さらに、プレリフォーマ２０の出口部分のガス温
度を測定する温度計３２が配設されている。また、プレ
リフォーマ２０の入口側ライン上に、プレリフォーマの
入口圧力を検出するための圧力計３３が配設されてい
る。
【００２９】なお、前記水蒸気改質装置４にはＮｉ系触
媒２６が充填され、また、プレリフォーマ２０は水蒸気
改質装置４のバーナー５から排出されるガスと熱交換さ
れて加熱されるように構成されている。
媒２６が充填され、また、プレリフォーマ２０は水蒸気
改質装置４のバーナー５から排出されるガスと熱交換さ
れて加熱されるように構成されている。
【００３０】この様な構成を有する本実施例の燃料電池
発電システムは、以下の様に作用する。すなわち、プレ
リフォーマ２０に充填されたＲｕ触媒２２は、水蒸気改
質装置４に充填されたＮｉ系触媒２６に比べて、高位炭
化水素の分解能が優れているので、原燃料１中に含まれ
る炭素数２以上の高位炭化水素が、Ｒｕ触媒２２によっ
て完全に分解されてメタンとなり、水蒸気改質装置４に
送り込まれる。したがって、水蒸気改質装置４のＮｉ系
触媒２６の入口では、炭素数１のメタンしか存在しない
ため、カーボンが析出することはなく、効率の良い改質
反応が行われるため、高効率で水素を主成分とする燃料
ガスを得ることができる。
発電システムは、以下の様に作用する。すなわち、プレ
リフォーマ２０に充填されたＲｕ触媒２２は、水蒸気改
質装置４に充填されたＮｉ系触媒２６に比べて、高位炭
化水素の分解能が優れているので、原燃料１中に含まれ
る炭素数２以上の高位炭化水素が、Ｒｕ触媒２２によっ
て完全に分解されてメタンとなり、水蒸気改質装置４に
送り込まれる。したがって、水蒸気改質装置４のＮｉ系
触媒２６の入口では、炭素数１のメタンしか存在しない
ため、カーボンが析出することはなく、効率の良い改質
反応が行われるため、高効率で水素を主成分とする燃料
ガスを得ることができる。
【００３１】また、プレリフォーマ２０においては、前
記圧力計３３あるいは差圧計３０によって、プレリフォ
ーマの入口圧力の増大あるいは差圧の増大が検出される
ことにより、プレリフォーマ２０の触媒層にカーボンが
析出したことを検知することができる。この様にしてプ
レリフォーマ２０の触媒層にカーボンが析出したことを
検知した場合には、前記第１の制御弁２３を閉じ、ま
た、前記第２，第３の制御弁２４，２５を開くことによ
り、水添脱硫装置３によって脱硫された原燃料１と、気
水分離器１７から導かれる水蒸気との混合物は、プレリ
フォーマ２０を経由することなく、プレリフォーマバイ
パスライン２１を経由して直接水蒸気改質装置４に送り
込まれる。その結果、プレリフォーマバイパスライン２
１を用いて運転を続けながら、触媒層にカーボンが析出
したプレリフォーマ２０を交換することができる。な
お、プレリフォーマ２０の交換後は、上記メインライン
（交換後のプレリフォーマ２０を経由するライン）を用
いて運転を続けることができることは言うまでもない。
記圧力計３３あるいは差圧計３０によって、プレリフォ
ーマの入口圧力の増大あるいは差圧の増大が検出される
ことにより、プレリフォーマ２０の触媒層にカーボンが
析出したことを検知することができる。この様にしてプ
レリフォーマ２０の触媒層にカーボンが析出したことを
検知した場合には、前記第１の制御弁２３を閉じ、ま
た、前記第２，第３の制御弁２４，２５を開くことによ
り、水添脱硫装置３によって脱硫された原燃料１と、気
水分離器１７から導かれる水蒸気との混合物は、プレリ
フォーマ２０を経由することなく、プレリフォーマバイ
パスライン２１を経由して直接水蒸気改質装置４に送り
込まれる。その結果、プレリフォーマバイパスライン２
１を用いて運転を続けながら、触媒層にカーボンが析出
したプレリフォーマ２０を交換することができる。な
お、プレリフォーマ２０の交換後は、上記メインライン
（交換後のプレリフォーマ２０を経由するライン）を用
いて運転を続けることができることは言うまでもない。
【００３２】さらに、前記ガス分析装置３１によるガス
分析結果に基づいて、炭素数２以上の高位炭化水素が検
出されることにより、プレリフォーマ２０の触媒層にカ
ーボンが析出したことを検知することができ、また、前
記温度計３２によって、プレリフォーマ２０の出口部分
のガス温度が上昇したことを検出することにより、プレ
リフォーマ２０の触媒層にカーボンが析出したことを検
知することもできる。この場合も上記と同様に、プレリ
フォーマバイパスライン２１を用いて運転を続けなが
ら、触媒層にカーボンが析出したプレリフォーマ２０を
交換することができる。
分析結果に基づいて、炭素数２以上の高位炭化水素が検
出されることにより、プレリフォーマ２０の触媒層にカ
ーボンが析出したことを検知することができ、また、前
記温度計３２によって、プレリフォーマ２０の出口部分
のガス温度が上昇したことを検出することにより、プレ
リフォーマ２０の触媒層にカーボンが析出したことを検
知することもできる。この場合も上記と同様に、プレリ
フォーマバイパスライン２１を用いて運転を続けなが
ら、触媒層にカーボンが析出したプレリフォーマ２０を
交換することができる。
【００３３】この様に、本実施例によれば、原燃料１中
に炭素数２以上の高位炭化水素が多く含まれている場合
や、低Ｓ／Ｃ条件下での運転においても、水蒸気改質装
置４の触媒にカーボンが析出することはなく、原燃料１
を高効率で改質することができる。なお、この様にして
改質された水素を主成分とする燃料ガスは、従来の燃料
電池発電システムと同様に利用される。
に炭素数２以上の高位炭化水素が多く含まれている場合
や、低Ｓ／Ｃ条件下での運転においても、水蒸気改質装
置４の触媒にカーボンが析出することはなく、原燃料１
を高効率で改質することができる。なお、この様にして
改質された水素を主成分とする燃料ガスは、従来の燃料
電池発電システムと同様に利用される。
【００３４】また、低Ｓ／Ｃ条件下で運転できるので、
エネルギー変換効率を向上させることができ、エネルギ
ーを有効に利用することができる。さらに、プレリフォ
ーマ２０の触媒層にカーボンが析出したことを検知した
場合には、プレリフォーマバイパスライン２１を用いて
運転を続けながら、触媒層にカーボンが析出したプレリ
フォーマ２０を容易に交換することができる。
エネルギー変換効率を向上させることができ、エネルギ
ーを有効に利用することができる。さらに、プレリフォ
ーマ２０の触媒層にカーボンが析出したことを検知した
場合には、プレリフォーマバイパスライン２１を用いて
運転を続けながら、触媒層にカーボンが析出したプレリ
フォーマ２０を容易に交換することができる。
【００３５】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、プレリフォーマ２０の触媒層にカー
ボンが析出したことを検出する手段としては、上記差圧
計、圧力計などを単独で用いても良く、また、適宜組合
わせて用いても良い。
れるものではなく、プレリフォーマ２０の触媒層にカー
ボンが析出したことを検出する手段としては、上記差圧
計、圧力計などを単独で用いても良く、また、適宜組合
わせて用いても良い。
【００３６】
【発明の効果】以上述べた通り、本発明の燃料電池発電
システムによれば、水蒸気改質装置の触媒にカーボンが
析出することを防止し、高性能を維持できる燃料電池発
電システムを提供することができる。
システムによれば、水蒸気改質装置の触媒にカーボンが
析出することを防止し、高性能を維持できる燃料電池発
電システムを提供することができる。
【図１】本発明の燃料電池発電システムの一実施例を示
す構成図
す構成図
【図２】従来の燃料電池発電システムの一例を示す構成
図
図
１…原燃料 ２…一酸化炭素変成器 ３…水添脱硫装置 ４…水蒸気改質装置 ５…バーナー ６…燃料極 ７…コンプレッサー ８…酸素極 ９…空気 １５…燃料電池本体 １７…気水分離器 ２０…プレリフォーマ ２１…プレリフォーマバイパスライン ２２…Ｒｕ触媒 ２３…第１の制御弁 ２４…第２の制御弁 ２５…第３の制御弁 ２６…Ｎｉ系触媒 ３０…差圧計 ３１…ガス分析装置 ３２…温度計 ３３…圧力計
Claims (6)
- 【請求項１】 炭化水素系の原燃料と水蒸気との触媒を
利用した水蒸気改質反応により、原燃料を水素主体の燃
料ガスに改質する水蒸気改質装置と、この水素主体の燃
料ガスと大気中の酸素とを反応させて電気エネルギーを
取り出す燃料電池を備え、前記改質された燃料ガスを前
記燃料電池の燃料極へ導く管路を有する燃料電池発電シ
ステムにおいて、 前記原燃料を燃料ガスに改質して出力する貴金属系触媒
を充填したプレリフォーマに原燃料が入力され、このプ
レリフォーマの出力が前記水蒸気改質装置に入力される
とともに、前記プレリフォーマの入口側ラインと出口側
ラインを連結するプレリフォーマバイパスラインを設け
たことを特徴とする燃料電池発電システム。 - 【請求項２】 前記貴金属系触媒がＲｕ触媒であること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。 - 【請求項３】 前記プレリフォーマに、その入口側及び
出口側の圧力差を検出する差圧計を取り付けたことを特
徴とする請求項１または請求項２記載の燃料電池発電シ
ステム。 - 【請求項４】 前記プレリフォーマの出口側ライン上
に、ガス分析装置あるいはガスサンプリングポートを取
り付けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
れか一に記載の燃料電池発電システム。 - 【請求項５】 前記プレリフォーマの出口側ライン上
に、プレリフォーマの出口ガス温度を検出する温度計を
配設したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいず
れか一に記載の燃料電池発電システム。 - 【請求項６】 前記プレリフォーマの入口側ライン上
に、プレリフォーマの入口圧力を検出する圧力計を配設
したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか
一に記載の燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7030354A JPH08222261A (ja) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7030354A JPH08222261A (ja) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | 燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08222261A true JPH08222261A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12301526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7030354A Pending JPH08222261A (ja) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08222261A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002053305A (ja) * | 2000-08-08 | 2002-02-19 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 燃料電池用灯油燃料気化方法 |
| JP2002208418A (ja) * | 2001-01-12 | 2002-07-26 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池電源装置 |
| JP2003109640A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2005276617A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Tokyo Gas Co Ltd | 発電装置 |
| JP2006082996A (ja) * | 2004-09-15 | 2006-03-30 | Haldor Topsoe As | エタノール改質方法 |
| JP2007524960A (ja) * | 2003-04-04 | 2007-08-30 | テキサコ ディベラップメント コーポレイション | バーストディスクの確認を行うための方法及び装置 |
| JP2009295589A (ja) * | 2009-07-31 | 2009-12-17 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
| US8137421B2 (en) | 2006-07-11 | 2012-03-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Hydrogen generation device, a fuel cell system, and an analysis system |
| JP2013197037A (ja) * | 2012-03-22 | 2013-09-30 | Miura Co Ltd | 改質器システム、燃料電池システム、及びその運転方法 |
-
1995
- 1995-02-20 JP JP7030354A patent/JPH08222261A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4594011B2 (ja) * | 2004-09-15 | 2010-12-08 | ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット | エタノール改質方法 |
| US8137421B2 (en) | 2006-07-11 | 2012-03-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Hydrogen generation device, a fuel cell system, and an analysis system |
| JP2009295589A (ja) * | 2009-07-31 | 2009-12-17 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
| JP2013197037A (ja) * | 2012-03-22 | 2013-09-30 | Miura Co Ltd | 改質器システム、燃料電池システム、及びその運転方法 |
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