JPH08255621A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】燃料改質器の反応部から送出される改質ガス中
の水素の利用率を水素欠を起こさないように小さくして
も全体として水素利用率の高い分割した燃料電池本体を
構成し、また、前記反応部の温度制御を良好に行なうこ
とのできる燃料電池発電装置を提供する。 【構成】燃料電池本体を分割燃料電池本体５と６とに分
割して直列に配し、燃料改質器１の反応部３からの改質
ガスとブロワ３１の駆動による空気とを分割燃料電池本
体５と６とを一貫して通流させて発電電力を分担させ、
燃料改質器１の反応部３の温度検出器５２の検出温度と
水蒸気改質反応に適切な所定温度の目標値との偏差から
直交変換器１３を制御して分割燃料電池本体６の発電電
力を制御し、これから排出し、バーナ４に供給する燃料
オフガス流量を制御して反応部３の温度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原燃料を水素に富むガ
スに水蒸気改質する燃料改質器と、この改質器からの改
質ガスを燃料とする燃料電池とを主要構成部とする燃料
電池発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池発電装置は主要機器として燃料
改質器と燃料電池本体とを備えて構成されている。燃料
改質器は、改質触媒が充填された反応部と、この反応部
を加熱するために燃焼用燃料を燃焼空気により燃焼させ
るバーナとを備え、天然ガス等の原燃料に水蒸気を付加
して反応部に通流させ、バーナに供給された燃焼用燃料
を燃焼空気により燃焼させた燃焼熱により前記反応部を
加熱して原燃料を水素に富むガスに水蒸気改質する。

【０００３】燃料電池本体は、リン酸等の電解質を保持
する電解質層と、これを挟持する燃料極と空気極とを備
え、燃料極に燃料改質器で原燃料を水蒸気改質して供給
される改質ガスと、空気極に供給される空気とにより電
池反応を起こして発電する。この発電時、燃料電池本体
の燃料極から排出され、電池反応に寄与しない水素を含
む燃料オフガスは燃料改質器の燃焼用燃料としてバーナ
に供給される。

【０００４】ここで、燃料改質器は、反応部の温度を改
質反応が進むように保持するために、燃料電池本体での
改質ガス中の発電に利用される水素の水素利用率を７５
〜８５％に制限し、発電に寄与しない残りの水素を含む
燃料オフガスを燃料改質器のバーナに供給する燃焼用燃
料として確保している。また、燃料改質器で原燃料を水
蒸気改質する際の反応部の温度の制御は燃焼空気量によ
り制御し、例えば、反応部の温度が上がり過ぎた場合に
は燃焼空気量を増加することにより冷却して燃焼空気量
により制御するのが一般的である。

【０００５】ここで、燃料電池発電装置にて所要の電力
を発電する際には、この電力に対応する原燃料流量の原
燃料を燃料改質器の反応部に供給し、燃料電池本体の燃
料極から排出される燃料オフガスをバーナで燃焼空気に
より燃焼させた燃焼熱により原燃料を通流する反応部を
加熱して原燃料を水蒸気改質し、この改質ガスと空気と
を燃料電池本体に供給して電池反応を起こさせて発電
し、この電力を外部負荷に供給している。

【０００６】ところで、電解質がリン酸であるリン酸型
燃料電池においては、電池反応に与る反応ガスは酸素と
水素であり、酸素は空気中に含まれるものを使用し、水
素は改質ガス中に含まれるものを使用している。ここ
で、空気は、この中に含まれる酸素の４０〜６０％が電
池反応に与るようにして供給し、改質ガスは、この中に
含まれる水素が電池反応に与る水素の水素利用率が７５
〜８５％になるように供給して燃料電池本体にて発電を
行なっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】燃料電池本体に電池反
応のために供給する酸素及び水素、特に水素が不足する
と、燃料電池本体が損傷を受け発電性能が低下するの
で、水素欠にならないように改質ガスを供給する必要が
ある。また、燃料電池本体は、電解質層，燃料極，空気
極を１組とした単セルを積層して構成されているので、
積層体の全単セルに改質ガスを等配し、水素欠を起こさ
せないためには、前記の水素利用率は７５〜８５％が上
限であり、安定した燃料電池の運転には水素利用率は低
い方が望まれる。しかしながら、水素利用率を低くする
と、燃料改質器に供給した原燃料に対する燃料電池にお
ける発電電力量が少なくなり、発電効率が低下するとい
う問題がある。

【０００８】また、水素利用率を低くしても、燃料オフ
ガスの燃焼による燃焼熱により加熱する燃料改質器の反
応部の温度制御が安定して行なわれることについても検
討した。本発明の目的は、燃料電池発電装置において、
燃料電池本体での水素利用率を高くすることなく燃料オ
フガス流量を制御することにより、燃料電池の水素欠を
防いだ安定した運転と、燃料改質器の反応部の良好な温
度制御が得られる燃料電池発電装置を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明によれば水蒸気を付加した原燃料を改質触
媒が充填された反応部に通流させ、バーナでの燃焼によ
る燃焼熱により反応部を加熱して原燃料を水素に富むガ
スに水蒸気改質する燃料改質器と、この燃料改質器から
供給される改質ガスと別に供給される空気とにより発電
する燃料電池本体とを備える燃料電池発電装置におい
て、燃料電池本体を複数に分割した分割燃料電池本体を
直列に配して構成し、改質ガスと空気とを直列に配した
分割燃料電池本体に一貫して通流させて発電させ、各分
割燃料電池本体から発電電力を取出すものとする。

【００１０】また、水蒸気を付加した原燃料を改質触媒
が充填された反応部に通流させ、バーナでの燃焼による
燃焼熱により反応部を加熱して原燃料を水素に富むガス
に水蒸気改質する燃料改質器と、この燃料改質器から供
給される改質ガスと別に供給される空気とにより発電す
る燃料電池本体とを備える燃料電池発電装置において、
前記燃料電池本体をそれぞれ発電電力を取出す複数の分
割燃料電池本体に分割して改質ガスと空気とが一貫して
流れるように直列に配した分割燃料電池本体と、燃料電
池本体の発電電力に対応して燃料改質器に供給する原燃
料の流量制御、燃料電池本体に供給する空気の流量制
御、最終段以外の各分割燃料電池本体が発電する電力の
制御、最終段の分割燃料電池本体から排出され、燃料改
質器のバーナに供給される燃料オフガスを燃焼させる燃
焼空気の流量制御、及び最終段の分割燃料電池本体の発
電電力を制御してこの分割燃料電池本体から排出される
燃料オフガスの燃焼による燃焼熱により燃料改質器の反
応部の温度を制御する温度制御を行なう制御装置とを備
えるものとする。

【００１１】上記の制御装置は、最終段の分割燃料電池
本体以外の各分割燃料電池本体で分担させる発電電力を
設定する出力設定器と、各分割燃料電池本体の発電電力
を制御し、かつ直交変換する直交変換器と、各分割燃料
電池本体の負荷電流をそれぞれ検出する負荷電流検出器
と、これらの負荷電流検出器での検出電流の合計を演算
する出力演算器と、この出力演算器からの出力する合計
負荷電流に対応して燃料改質器の反応部に供給する原燃
料の流量を演算する原燃料量演算器と、この演算器から
出力する原燃料流量の原燃料を前記反応部に供給するよ
うに流量制御弁を制御する制御手段と、前記合計負荷電
流に対応して各分割燃料電池本体の空気極に一貫して供
給する空気の流量を演算する空気量演算器と、この演算
器から出力する空気流量の空気をブロワの送気により前
記空気極に供給する流量制御手段と、合計負荷電流に対
応して最終段の分割燃料電池本体から排出される燃料オ
フガスを燃料改質器のバーナで燃焼するに必要な燃焼空
気の流量を演算する燃焼空気量演算器と、この演算器か
ら出力する燃焼空気流量の燃焼空気をブロワの送気によ
りバーナに供給する流量制御手段と、燃料改質器の反応
部の温度を検出する温度検出器と、この温度検出器での
検出温度と反応部の水蒸気改質反応に適切な所定温度の
目標値との偏差から最終段の分割燃料電池本体の発電電
力を制御する直交変換器を制御する制御手段とを備える
ものとする。

【００１２】上記の空気流量のブロワの送気による流量
制御手段、及び燃焼空気流量のブロワの送気による流量
制御手段は、ブロワの回転数を制御することであるもの
とする。

【００１３】

【作用】燃料改質器と燃料電池本体とを主要構成部とす
る燃料電池発電装置において、燃料電池本体を複数箇に
分割して分割燃料電池本体を直列に配して構成し、これ
らの初段から最終段までの分割燃料電池本体に燃料改質
器で生成された改質ガスと空気とを一貫して通流させ、
各分割燃料電池本体で電池反応を起こさせて発電させ、
この各分割燃料電池本体での発電電力の合計を負荷に供
給する。

【００１４】このようにすることにより、各分割燃料電
池本体では発電する電力は全電力の分割した量となり、
各分割燃料電池本体では発電する電力に応じた水素量が
消費されるので、初段の分割燃料電池本体の水素利用
率、及び前段の分割燃料電池本体からの燃料オフガスを
燃料とする第２段以降の分割燃料電池本体の水素利用率
は、全体の水素利用率を高めてもそれぞれ低くすること
ができ、各分割燃料電池本体において水素欠を起こす上
限の水素利用率以下になるので、安定した運転ができ
る。

【００１５】上記の燃料電池発電装置の運転における制
御は、制御装置により、全分割燃料電池本体の発電電力
に応じて必要とする改質ガス流量を得るために燃料改質
器の反応部に供給するる原燃料の流量制御、直列に配し
た分割燃料電池本体に一貫して通流させる空気の流量制
御、最終段以外の分割燃料電池本体が発電する電力の制
御、最終段の分割燃料電池本体から排出される燃料オフ
ガスを燃焼させるに必要な燃焼空気の流量制御、及び最
終段の分割燃料電池本体の発電電力を制御することによ
り、この燃料電池本体から排出され、燃料改質器のバー
ナに供給する燃料オフガスの流量を制御して燃料改質器
の反応部の温度を水蒸気改質反応に適切な温度に制御す
る温度制御が行なわれる。

【００１６】上記のような分割燃料電池本体，制御装置
を備えた燃料電池発電装置の運転は下記のようにして行
なわれる。燃料電池発電装置に指令された負荷指令は出
力設定器に入力され、最終段の分割燃料電池本体以外の
各分割燃料電池本体が分担する発電電力を設定し、この
各設定発電電力の信号を直交変換器に入力して、各分割
燃料電池本体が分担する発電電力を出力するように制御
するとともに直交変換する。

【００１７】ところで、燃料改質器で改質ガスを生成す
る原燃料の流量は、各分割燃料電池本体に設けられた負
荷電流検出器での検出負荷電流が出力演算器にて加算さ
れ、この加算された合計負荷電流に応じて原燃料量演算
器で演算される。この演算された原燃料流量の信号によ
り制御手段を介して原燃料供給系に設けられた流量制御
弁を制御して、燃料改質器の反応部に前記演算された流
量の原燃料が供給される。

【００１８】燃料改質器では後述する最終段の分割燃料
電池本体から排出される燃料オフガスがバーナで燃焼さ
れ、この燃焼熱により反応部を加熱して反応部を通流す
る水蒸気が付加された原燃料を水蒸気改質する。このと
き、出力演算器から出力された合計負荷電流に対応し、
空燃比を考慮した燃焼空気の流量が燃焼空気量演算器で
演算され、この演算された燃焼空気流量の信号によりブ
ロワを制御し、この制御としてブロワの回転数を制御し
て前記演算された流量の燃焼空気がバーナに供給され、
燃料オフガスを燃焼する。

【００１９】このバーナでの燃焼による燃焼熱により合
計負荷電流に応じた流量の原燃料は水蒸気改質され、こ
の改質ガスは直列に配された分割燃料電池本体の初段の
分割燃料電池本体に供給され、全分割燃料電池本体に一
貫して流れる。一方、出力演算器にて演算された合計負
荷電流に対応する空気の流量が空気量演算器で演算さ
れ、この演算された空気流量の信号によりブロワを制御
し、この制御としてブロワの回転数を制御して前記演算
された流量の空気が直列に配された分割燃料電池本体の
初段に供給され、全分割燃料電池本体に一貫して流れ
る。

【００２０】このようにして各分割燃料電池本体に供給
された改質ガスと空気とにより、それぞれ電池反応を起
こして最終段の分割燃料電池本体以外は出力設定器で設
定された分担すべき電力を発電する。ここで、最終段の
分割燃料電池本体は、燃料改質器の反応部の温度を検出
する温度検出器での検出温度と、反応部で原燃料の水蒸
気改質反応に適切な所定温度の目標値との偏差から制御
手段により直交変換器を制御して最終段の分割燃料電池
本体の発電電力を制御することにより、この分割燃料電
池本体から排出される燃料オフガスを制御して燃料改質
器の反応部の温度を前記所定温度に制御する。

【００２１】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。図１は本発明の実施例による燃料電池発電装
置の系統図である。図１において、燃料改質器１は、容
器２と、容器２の内部に設けられ、改質触媒が充填され
た反応部３と、容器２の上部に設けられたバーナ４とを
備えて構成されている。燃料電池本体は分割燃料電池本
体５と６とに分割され、分割燃料電池本体の発電容量
は、例えば、分割燃料電池本体５は１００kwの発電容量
とし、分割燃料電池本体６は２０kwの発電容量としてい
る。なお、分割燃料電池本体５，６はそれぞれ電解質層
７，７ａ，これをそれぞれ挟持する燃料極８，８ａ，空
気極９，９ａとから構成されている。

【００２２】分割燃料電池本体５，６から発電電力を供
給する回路１０，１１にそれぞれ直交変換するととも
に、負荷に供給する電力を制御できる直交変換器１２，
１３が設けられている。なお、回路１０，１１はそれぞ
れ負荷電流を検出する負荷電流検出器１４，１５が設け
られている。回収水凝縮器１７は後述する燃料改質器１
での燃焼排ガスに含まれる水蒸気、及び分割燃料電池本
体６から排出される空気オフガスに含まれる水蒸気を伝
熱管１８を流れる冷却水により冷却，凝縮して水にして
回収水にする。なお、１９は回収水供給系、２０は不凝
縮ガス排出系である。

【００２３】原燃料供給系２３は、流量制御弁２４と流
量検出器２５とを備え、図示しない原燃料供給源から燃
料改質器１の反応部３の入口とに接続して設けられ、原
燃料を燃料改質器１の反応部３に供給する。なお、原燃
料供給系２３には原燃料に付加する水蒸気を供給する水
蒸気供給系２６が接続されている。改質ガス供給系２８
は燃料改質器１の反応部３の出口から分割燃料電池本体
５の燃料極８に接続され、燃料改質器１で生成された改
質ガスを燃料極８に供給する。空気供給系３０はブロワ
３１を備え、分割燃料電池本体５の空気極９に接続して
設けられ、ブロワ３１の駆動により空気を空気極９に供
給する。

【００２４】１次燃料オフガス供給系３２は分割燃料電
池本体５の燃料極８と分割燃料電池本体６の燃料極８ａ
とに接続して設けられ、燃料極８から排出される燃料オ
フガスを燃料極８ａに供給する。１次空気排ガス供給系
３３は分割燃料電池本体５の空気極９と分割燃料電池本
体６の空気極９ａとに接続して設けられ、空気極９から
の空気排ガスを空気極９ａに供給する。

【００２５】２次燃料オフガス供給系３４は分割燃料電
池本体６の燃料極８ａと燃料改質器１のバーナ４とに接
続して設けられ、燃料極８ａからの燃料オフガスを燃料
としてバーナ４に供給する。２次空気排ガス供給系３５
は分割燃料電池本体６の空気極９ａと回収水凝縮器１７
とに接続し、空気極９ａからの空気排ガスを回収水凝縮
器１７に供給する。

【００２６】燃焼空気供給系３７はブロワ３８と流量検
出器３９とを備えて燃料改質器１のバーナ４に接続して
設けられ、燃焼に与る燃焼空気をバーナ４に供給する。
燃焼排ガス排出系４０は燃料改質器１の容器２と回収水
凝縮器１７とに接続して設けられ、燃焼排ガスを回収水
凝縮器１７に供給する。出力設定器４１は負荷指令によ
り燃料電池発電装置が負荷に供給する電力のうち、分割
燃料電池本体５が分担して発電する電力を設定し、この
設定出力の信号は直交変換器１２に入力される。

【００２７】出力演算器４２は分割燃料電池本体５，６
の各負荷電流検出器１４，１５で検出した負荷電流の合
計が演算され、この合計負荷電流の信号が出力される。
原燃料量演算器４３は前記合計負荷電流の信号が入力さ
れ、合計負荷電流に対応する原燃料の流量が演算され
る。原燃料流量調節器４４は原燃料量演算器４３で演算
された原燃料流量と流量検出器２５での検出原燃料流量
との偏差から流量制御弁２４を制御する。

【００２８】空気量演算器４６は出力演算器４２からの
合計負荷電流の信号が入力され、合計負荷電流に対応し
て消費される酸素の約２倍の酸素量を含む空気の流量を
演算する。ブロワ３１は、空気量演算器４６で演算され
た空気の流量の信号によりその回転数が制御される。燃
焼空気量演算器５０は出力演算器４２からの合計負荷電
流の信号が入力され、合計負荷電流に対応して演算され
た原燃料を所要の空燃比（１．２〜１．５）で燃焼する
に足る燃焼空気流量を演算する。燃焼空気流量調節器５
１は燃焼空気量演算器５０にて演算された燃焼空気流量
と流量検出器３９で検出した燃焼空気流量との偏差から
ブロワ３８の回転数を制御する。

【００２９】温度検出器５２は燃料改質器１の反応部３
の温度を検出する。温度調節器５３は温度検出器５２で
の検出温度と反応部３での水蒸気改質反応に適切な所定
温度の目標値との偏差から直交変換器１３により発電電
力を制御する。このような構成により、原燃料は原燃料
供給系２３を経て燃料改質器１の反応部３に供給され
る。この際、回収水凝縮器１７にて、分割燃料電池本体
６から排出され、２次空気排ガス供給系３５を経て供給
される空気排ガス及び燃料改質器１のバーナ４での燃焼
により生じ、燃焼排ガス排出系４０を経て供給される燃
焼排ガスにそれぞれ含まれる水蒸気を伝熱管１８を通流
する冷却水により冷却，凝縮して回収水とする。そし
て、この回収水から図示しない水処理装置で水処理さ
れ、燃料電池の冷却水系を経て発生させた水蒸気が原燃
料に水蒸気供給系２６を経て付加される。

【００３０】燃料改質器１では、分割燃料電池本体６か
ら排出され、電池反応に寄与しない未反応水素を含む２
次燃料オフガスが２次燃料オフガス排出系３４を経てバ
ーナ４に供給される。そして、この２次燃料オフガス
は、ブロワ３８の駆動によりバーナ４に送気され、燃焼
空気供給系３７を経る燃焼空気により燃焼する。反応部
３はこの燃焼による燃焼熱により加熱され、反応部３を
通流する原燃料は、水蒸気改質反応により水素に富むガ
スに改質される。

【００３１】反応部３を加熱した後の燃焼排ガスは燃焼
排ガス排出系４０を経て回収水凝縮器１７に供給され、
前述のように回収水を生成する。燃料改質器１で生成さ
れた改質ガスは改質ガス供給系２８を経て初段の分割燃
料電池本体５の燃料極８に供給され、一方、ブロワ３１
の駆動により送気された空気は空気供給系３０を経て空
気極９に供給され、分割燃料電池本体５に供給された改
質ガスと空気とにより発電する。この発電電力は直交変
換器１２を介して後述するように設定された電力を発電
して負荷に供給される。

【００３２】分割燃料電池本体５の燃料極８から排出さ
れ、電池反応に寄与しない未反応水素を含む１次燃料オ
フガスは１次燃料オフガス供給系３２を経て次段の分割
燃料電池本体６の燃料極８ａに供給され、一方、分割燃
料電池本体５の空気極９から排出された電池反応に寄与
しない未反応酸素を含む１次空気排ガスは１次空気排ガ
ス供給系３３を経て次段の分割燃料電池本体６の空気極
９ａに供給され、分割燃料電池本体６は供給された１次
燃料オフガス，１次空気排ガスにより発電する。この発
電電力は直交変換器１３により後述するように燃料改質
器１の反応部３の温度を制御するように制御され、負荷
に供給される。

【００３３】分割燃料電池本体６の燃料極８ａから排出
された未反応水素を含む２次燃料オフガスは前述のよう
に燃料改質器１のバーナ４に供給され、燃料として使用
される。一方、分割燃料電池本体６の空気極９ａから排
出された未反応酸素を含む２次空気排ガスは２次空気排
ガス供給系３５を経て回収水凝縮器１７に供給され、前
述のように回収水を生成する。

【００３４】上記の燃料電池発電装置における発電時、
分割燃料電池本体５の発電電力、分割燃料電池本体６の
発電電力の制御による燃料改質器１の反応部３の温度、
原燃料流量、分割燃料電池本体５に供給する空気流量、
燃焼空気流量の制御は下記のようにして行なわれる。負
荷指令により出力設定器４１にて分割燃料電池本体５の
分担する発電電力が設定される。

【００３５】燃料改質器１に供給する原燃料の流量は次
記のように演算される。分割燃料電池本体５で発電した
電力を負荷電流検出器１４で検出した負荷電流と、分割
燃料電池本体６で発電した電力を負荷電流検出器１５で
検出した負荷電流とが出力演算器４２にて加算されて合
計負荷電流を算出し、この合計負荷電流の信号が原燃料
量演算器４３に入力され、この演算器４３にて合計負荷
電流に対応する原燃料流量が演算される。

【００３６】原燃料量演算器４３からの原燃料流量の信
号と流量検出器２５で検出した原燃料流量の信号は原燃
料流量調節器４４に入力され、この調節器４４にて原燃
料量演算器４３からの原燃料流量と流量検出器２５での
検出原燃料流量との偏差から流量制御弁２４を制御し、
燃料改質器１に供給する原燃料の流量を分割燃料電池本
体５，６の発電電力の合計負荷電流に対応する流量に制
御する。

【００３７】燃料改質器１に供給される流量制御された
原燃料を水蒸気改質する際、分割燃料電池本体６から排
出される２次燃料オフガスを燃焼させる燃焼空気の流量
は、出力演算器４２からの合計負荷電流の信号から燃焼
空気量演算器５０に入力され、この演算器５０にて合計
負荷電流に基づいて燃焼に必要な空燃比１．２〜１．５
内の所定空燃比を持たせて演算される。燃焼空気量演算
器５０からの燃焼空気流量の信号と流量検出器３９での
検出燃焼空気流量の信号とは燃焼空気流量調節器５１に
入力され、この調節器５１にて燃焼空気量演算器５０か
らの燃焼空気流量と流量検出器３９での検出燃焼空気流
量との偏差からブロワ３８の回転数を制御して分割燃料
電池本体６からの２次燃料オフガスを燃焼するに足る燃
焼空気流量を制御する。

【００３８】分割燃料電池本体５，６の空気極９，９ａ
に一貫して供給する空気の流量は、出力演算器４２から
の合計負荷電流の信号が空気量演算器４６に入力され、
この演算器４６にて合計負荷電流に対応して必要とする
酸素量の約２倍の酸素量を含んで演算される。この空気
量演算器４６からの空気流量の信号によりブロワ３１の
回転数を制御して分割燃料電池本体５，６に一貫して供
給する空気流量を制御する。

【００３９】燃料改質器１で水蒸気改質反応時の反応部
３の温度は、温度検出器５２で検出された反応部温度の
信号と水蒸気改質反応に適切な反応部の所定温度の目標
値の信号とが温度調節器５３に入力され、この調節器５
３にて温度検出器５２での検出反応部温度と反応部３の
所定温度の目標値との偏差から直交変換器１３の設定発
電電力を制御することにより、燃料改質器１のバーナ４
で燃焼に与る分割燃料電池本体６からの未反応水素を含
む２次燃料オフガス流量、すなわち水素量を制御して燃
料改質器１の反応部３の温度を所定温度に制御する。

【００４０】このようにして負荷に供給する電力を発電
する燃料電池本体を分割燃料電池本体５と６とに分割し
て直列に配設し、燃料改質器１からの改質ガスとブロワ
３１により送気される空気を分割燃料電池本体５，６と
の燃料極８，８ａ及び空気極９，９ａに一貫して通流さ
せることにより、各分割燃料電池本体５，６の各水素利
用率を、１箇の燃料電池本体で発電するよりも小さくす
ることができるとともに、全体の水素利用率を高めるこ
とができる。

【００４１】このような燃料電池発電装置の運転によ
り、本実施例の場合、初段の分割燃料電池本体５におい
ては、供給された改質ガス中の水素の７０％を消費して
発電し、次段の分割燃料電池本体６においては、前記改
質ガス中の水素の５〜２０％が消費される範囲内で直交
変換器１３を制御して発電電力を得るが、この発電電力
の制御により燃料改質器１の反応部３の温度が制御され
る。

【００４２】ここで、分割燃料電池本体６の水素利用率
は分割燃料電池本体５から排出される１次燃料オフガス
中に含まれる水素に対して１７〜６７％になるので、水
素欠を起こさずに運転ができる。なお、本実施例では分
割燃料電池本体を２箇にしたが、３箇以上の複数箇にし
ても同じ効果が得られる。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば前述の構成により、燃料電池本体を複数に分割
した分割燃料電池本体を直列に配し、改質ガス，空気を
一貫して各分割燃料電池本体に流すので、全体としての
水素利用率を高めても各分割燃料電池本体の水素利用率
は小さくでき、このため水素欠を発生することがなくな
り、安定した運転ができる。

【００４４】また、最終段の分割燃料電池本体の発電電
力を制御してこの分割燃料電池本体から排出され、燃料
改質器のバーナで燃焼に与る未反応水素を含む燃料オフ
ガス流量を制御して燃料改質器の反応部の温度を制御す
るので、燃焼空気は従来のように反応部の冷却のため過
剰に供給する必要がなく、安定した燃焼を行なう量の燃
焼空気を供給すればよく、このため、燃料改質器の反応
部の温度制御性が向上する。

【００４５】また、燃料改質器の反応部の冷却のため過
剰な燃焼空気量が不要となるので、ブロワの動力を低減
できるとともに、燃焼排ガスに含まれる水蒸気の回収水
を容易に得られるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による燃料電池発電装置の系統
図

【符号の説明】

１ 燃料改質器 ３ 反応部 ４ バーナ ５ 分割燃料電池本体 ６ 分割燃料電池本体 １２ 直交変換器 １３ 直交変換器 ２４ 流量制御弁 ２５ 流量検出器 ３１ ブロワ ３８ ブロワ ３９ 流量検出器 ４１ 出力設定器 ４２ 出力演算器 ４３ 原燃料量演算器 ４４ 原燃料流量調節器 ４６ 空気量演算器 ５０ 燃焼空気量演算器 ５１ 燃焼空気流量調節器 ５２ 温度検出器 ５３ 温度調節器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水蒸気を付加した原燃料を改質触媒が充填
   された反応部に通流させ、バーナでの燃焼による燃焼熱
   により反応部を加熱して原燃料を水素に富むガスに水蒸
   気改質する燃料改質器と、この燃料改質器から供給され
   る改質ガスと別に供給される空気とにより発電する燃料
   電池本体とを備える燃料電池発電装置において、燃料電
   池本体を複数に分割した分割燃料電池本体を直列に配し
   て構成し、改質ガスと空気とを直列に配した分割燃料電
   池本体に一貫して通流して発電させ、各分割燃料電池本
   体から発電電力を取出すことを特徴とする燃料電池発電
   装置。
2. 【請求項２】水蒸気を付加した原燃料を改質触媒が充填
   された反応部に通流させ、バーナでの燃焼による燃焼熱
   により反応部を加熱して原燃料を水素に富むガスに水蒸
   気改質する燃料改質器と、この燃料改質器から供給され
   る改質ガスと別に供給される空気とにより発電する燃料
   電池本体とを備える燃料電池発電装置において、前記燃
   料電池本体をそれぞれ発電電力を取出す複数の燃料電池
   本体に分割して改質ガスと空気とが一貫して流れるよう
   に直列に配した複数の分割燃料電池本体と、燃料電池本
   体の発電電力に対応して燃料改質器に供給する原燃料の
   流量制御、燃料電池本体に供給する空気の流量制御、最
   終段以外の各分割燃料電池本体が発電する電力の制御、
   最終段の分割燃料電池本体から排出され、燃料改質器の
   バーナに供給される燃料オフガスを燃焼させる燃焼空気
   の流量制御、及び最終段の分割燃料電池本体の発電電力
   を制御してこの分割燃料電池本体から排出される燃料オ
   フガスの燃焼による燃焼熱により燃料改質器の反応部の
   温度を制御する温度制御を行なう制御装置とを備えたこ
   とを特徴とする燃料電池発電装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載する装置において、制御装
   置は、最終段の分割燃料電池本体以外の各分割燃料電池
   本体で分担させる発電電力を設定する出力設定器と、各
   分割燃料電池本体の発電電力を制御し、かつ直交変換す
   る直交変換器と、各分割燃料電池本体の発電時の負荷電
   流を検出する負荷電流検出器と、これらの負荷電流検出
   器での検出負荷電流の合計を演算する出力演算器と、こ
   の出力演算器から出力する合計負荷電流に対応して燃料
   改質器の反応部に供給する原燃料の流量を演算する原燃
   料量演算器と、この演算器から出力する原燃料流量の原
   燃料を前記反応部に供給するように流量制御弁を制御す
   る制御手段と、前記合計負荷電流に対応して各分割燃料
   電池本体の空気極に一貫して供給する空気の流量を演算
   する空気量演算器と、この演算器から出力する空気流量
   の空気をブロワの送気により前記空気極に供給する流量
   制御手段と、合計負荷電流に対応して最終段の分割燃料
   電池本体から排出される燃料オフガスを燃料改質器のバ
   ーナで燃焼するのに必要な燃焼空気の流量を演算する燃
   焼空気量演算器と、この演算器から出力する燃焼空気流
   量の燃焼空気をブロワの送気によりバーナに供給する流
   量制御手段と、燃料改質器の反応部の水蒸気改質時の温
   度を検出する温度検出器と、この温度検出器での検出温
   度と反応部の水蒸気改質反応に適切な所定温度の目標値
   との偏差から最終段の分割燃料電池本体の発電電力を制
   御する直交変換器を制御する制御手段とを備えたことを
   特徴とする燃料電池発電装置。
4. 【請求項４】請求項２又は３に記載する装置において、
   空気流量のブロワの送気による流量制御手段、及び燃焼
   空気流量のブロワの送気による流量制御手段は、ブロワ
   の回転数を制御することであることを特徴とする燃料電
   池発電装置。