JPH08306369A - ハイブリッド燃料電池発電装置 - Google Patents
ハイブリッド燃料電池発電装置Info
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- JPH08306369A JPH08306369A JP7105527A JP10552795A JPH08306369A JP H08306369 A JPH08306369 A JP H08306369A JP 7105527 A JP7105527 A JP 7105527A JP 10552795 A JP10552795 A JP 10552795A JP H08306369 A JPH08306369 A JP H08306369A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 改質器からの改質ガスに含まれるエネルギー
の高い一酸化炭素を有効利用しながら、安全かつ大きな
動力を必要とせずに一酸化炭素を除去して白金触媒の被
毒を防ぎ、加湿装置も不要にできる燃料電池発電装置を
提供する。 【構成】 原燃料を改質する改質器１と、改質器１の改
質ガスが供給され発電する第一の燃料電池２と、この第
一の燃料電池２の燃料極２ｂの排出ガスが供給される固
体高分子型燃料電池４とを備えている。
の高い一酸化炭素を有効利用しながら、安全かつ大きな
動力を必要とせずに一酸化炭素を除去して白金触媒の被
毒を防ぎ、加湿装置も不要にできる燃料電池発電装置を
提供する。 【構成】 原燃料を改質する改質器１と、改質器１の改
質ガスが供給され発電する第一の燃料電池２と、この第
一の燃料電池２の燃料極２ｂの排出ガスが供給される固
体高分子型燃料電池４とを備えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体高分子電解質を有す
る固体高分子型燃料電池と、固体電解質を有する固体電
解質型燃料電池などの水素と一酸化炭素の両方を燃料と
して発電する燃料電池とを併設したハイブリッド燃料電
池発電装置に関するものである。
る固体高分子型燃料電池と、固体電解質を有する固体電
解質型燃料電池などの水素と一酸化炭素の両方を燃料と
して発電する燃料電池とを併設したハイブリッド燃料電
池発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、リン酸電解質を有するリン酸型燃
料電池発電装置においては、そのシステム構成を図４に
示すように、単位セルの積層体からなる燃料電池スタッ
ク１の燃料極２側に燃料改質装置３から水素リッチな燃
料ガスを供給し、酸化剤極４側には酸化剤としての空気
を供給し、運転温度を１９０℃程度に保持することによ
り、一対の電極間で電気化学反応に基づき発電が行われ
る。ところで、燃料改質装置３として、ＬＮＧ、ＬＰ
Ｇ、ナフサ等の炭化水素系やメタノール等のアルコール
系の原燃料を水蒸気改質などにより水素リッチな改質ガ
スを生成するものが知られているが、改質ガス中の一酸
化炭素が燃料極２中の白金触媒に触媒毒として作用し劣
化させるという問題があり、上記運転温度の場合、改質
ガス中の一酸化炭素濃度を１％程度に低減する必要があ
る。
料電池発電装置においては、そのシステム構成を図４に
示すように、単位セルの積層体からなる燃料電池スタッ
ク１の燃料極２側に燃料改質装置３から水素リッチな燃
料ガスを供給し、酸化剤極４側には酸化剤としての空気
を供給し、運転温度を１９０℃程度に保持することによ
り、一対の電極間で電気化学反応に基づき発電が行われ
る。ところで、燃料改質装置３として、ＬＮＧ、ＬＰ
Ｇ、ナフサ等の炭化水素系やメタノール等のアルコール
系の原燃料を水蒸気改質などにより水素リッチな改質ガ
スを生成するものが知られているが、改質ガス中の一酸
化炭素が燃料極２中の白金触媒に触媒毒として作用し劣
化させるという問題があり、上記運転温度の場合、改質
ガス中の一酸化炭素濃度を１％程度に低減する必要があ
る。
【０００３】そこで、燃料改質装置３では改質器５の後
段に一酸化炭素変成器６を連結し一酸化炭素変成触媒の
作用で次式に表される反応 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2 により改質ガス中の一酸化炭素濃度を１％程度に低減し
たものが知られている。
段に一酸化炭素変成器６を連結し一酸化炭素変成触媒の
作用で次式に表される反応 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2 により改質ガス中の一酸化炭素濃度を１％程度に低減し
たものが知られている。
【０００４】ところが、固体高分子型燃料電池を用いた
燃料電池発電装置においては、燃料電池の運転温度が８
０℃程度と低いために、白金触媒の被毒を防ぐための一
酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ程度以下まで大幅に低減する
必要がある。
燃料電池発電装置においては、燃料電池の運転温度が８
０℃程度と低いために、白金触媒の被毒を防ぐための一
酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ程度以下まで大幅に低減する
必要がある。
【０００５】図５は改善された従来の固体高分子型燃料
電池発電装置の要部を示すシステム構成図であり、原燃
料を改質する改質器５の後段には一酸化炭素変成器６を
設けて一酸化炭素濃度を低減し、さらにその後段に一酸
化炭素燃焼器７を設け、改質ガスに数％以下の空気を混
入して白金等の触媒と接触させて一酸化炭素を選択的に
燃焼させ、 ２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 で表される化学反応に基づいて一酸化炭素ＣＯを無害な
二酸化炭素ＣＯ2に変化させ、一酸化炭素を数ｐｐｍオ
ーダーに低減するというような、例えば特開平５−２０
１７０２号公報のようなものが提案されている。また、
パラジウムなどの分離膜を用いて一酸化炭素を除去しよ
うとするものや、ＣＯと水中のＯＨ-イオンを電気化学
的に ２Ｈ2Ｏ→２Ｈ+＋２ＯＨ- ＣＯ＋２ＯＨ-→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ- のように反応させ一酸化炭素を低減させる例えば特開平
２−３１１３０２号公報のようなもの（図示せず）、あ
るいは一酸化炭素吸着塔を用いたもの等も知られてい
る。
電池発電装置の要部を示すシステム構成図であり、原燃
料を改質する改質器５の後段には一酸化炭素変成器６を
設けて一酸化炭素濃度を低減し、さらにその後段に一酸
化炭素燃焼器７を設け、改質ガスに数％以下の空気を混
入して白金等の触媒と接触させて一酸化炭素を選択的に
燃焼させ、 ２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 で表される化学反応に基づいて一酸化炭素ＣＯを無害な
二酸化炭素ＣＯ2に変化させ、一酸化炭素を数ｐｐｍオ
ーダーに低減するというような、例えば特開平５−２０
１７０２号公報のようなものが提案されている。また、
パラジウムなどの分離膜を用いて一酸化炭素を除去しよ
うとするものや、ＣＯと水中のＯＨ-イオンを電気化学
的に ２Ｈ2Ｏ→２Ｈ+＋２ＯＨ- ＣＯ＋２ＯＨ-→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ- のように反応させ一酸化炭素を低減させる例えば特開平
２−３１１３０２号公報のようなもの（図示せず）、あ
るいは一酸化炭素吸着塔を用いたもの等も知られてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の一酸化炭素燃焼器を設けた構成では、混入空気量の厳
密な制御が必要であり、さらに分離膜や一酸化炭素吸着
塔を用いたものは高圧にするための大きな動力を必要と
し、電気化学的な方法も電力を消費してしまい、このた
めシステム効率が著しく低下してしまうという課題があ
った。
の一酸化炭素燃焼器を設けた構成では、混入空気量の厳
密な制御が必要であり、さらに分離膜や一酸化炭素吸着
塔を用いたものは高圧にするための大きな動力を必要と
し、電気化学的な方法も電力を消費してしまい、このた
めシステム効率が著しく低下してしまうという課題があ
った。
【０００７】また、上記の燃料電池発電装置における改
質器５にて改質されたガスに含まれる一酸化炭素はエネ
ルギーレベルが高い。しかしながら上記従来の構成で
は、一酸化炭素変成器といずれの方法との組み合わせを
用いても、装置が複雑になるとともに、エネルギーレベ
ルの高い一酸化炭素を有効に利用することなく二酸化炭
素に変成したり、分離排気してしまうのでシステム効率
が低下してしまうという課題もあった。
質器５にて改質されたガスに含まれる一酸化炭素はエネ
ルギーレベルが高い。しかしながら上記従来の構成で
は、一酸化炭素変成器といずれの方法との組み合わせを
用いても、装置が複雑になるとともに、エネルギーレベ
ルの高い一酸化炭素を有効に利用することなく二酸化炭
素に変成したり、分離排気してしまうのでシステム効率
が低下してしまうという課題もあった。
【０００８】一方、固体高分子型燃料電池においては電
解質である固体高分子膜を飽和含水させることにより膜
の比抵抗が下がり、プロトン伝導性電解質として機能す
るものであるから、固体高分子型燃料電池の発電を維持
するためには、固体高分子電解質膜中の水分が蒸発せず
飽和含水状態を保つために種々の加湿装置が提案されて
おり、上記従来の固体高分子型燃料電池を用いた燃料電
池発電装置では、こういった加湿装置も必要となり、装
置が複雑になってしまうという課題もあった。
解質である固体高分子膜を飽和含水させることにより膜
の比抵抗が下がり、プロトン伝導性電解質として機能す
るものであるから、固体高分子型燃料電池の発電を維持
するためには、固体高分子電解質膜中の水分が蒸発せず
飽和含水状態を保つために種々の加湿装置が提案されて
おり、上記従来の固体高分子型燃料電池を用いた燃料電
池発電装置では、こういった加湿装置も必要となり、装
置が複雑になってしまうという課題もあった。
【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、改質器からの改質ガスに含まれるエネルギーの高い
一酸化炭素を有効利用しながら、安全かつ大きな動力を
必要とせずに一酸化炭素を除去して白金触媒の被毒を防
ぎ、加湿装置も不要にできる燃料電池発電装置を提供す
ることを目的とする。
で、改質器からの改質ガスに含まれるエネルギーの高い
一酸化炭素を有効利用しながら、安全かつ大きな動力を
必要とせずに一酸化炭素を除去して白金触媒の被毒を防
ぎ、加湿装置も不要にできる燃料電池発電装置を提供す
ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために以下の構成より成る。
するために以下の構成より成る。
【００１１】すなわち第１の構成としては、炭化水素系
またはアルコール系の原燃料を水素と一酸化炭素含むガ
スに改質する改質器と、改質器で改質されたガスが供給
され水素と一酸化炭素の両方を燃料として発電する第一
の燃料電池と、第一の燃料電池の燃料極からの排出ガス
が燃料ガスとして供給される固体高分子型燃料電池とを
備えたものである。
またはアルコール系の原燃料を水素と一酸化炭素含むガ
スに改質する改質器と、改質器で改質されたガスが供給
され水素と一酸化炭素の両方を燃料として発電する第一
の燃料電池と、第一の燃料電池の燃料極からの排出ガス
が燃料ガスとして供給される固体高分子型燃料電池とを
備えたものである。
【００１２】また第２の構成としては、第一の燃料電池
の燃料極排出ガスを再度第一の燃料電池の燃料極に供給
するリターン流路を備え、固体高分子型燃料電池の燃料
ガスの一酸化炭素濃度検知手段と、一酸化炭素濃度検知
手段の出力信号に基づいてリターン流路の流量を可変す
る流量制御手段を備えたものである。
の燃料極排出ガスを再度第一の燃料電池の燃料極に供給
するリターン流路を備え、固体高分子型燃料電池の燃料
ガスの一酸化炭素濃度検知手段と、一酸化炭素濃度検知
手段の出力信号に基づいてリターン流路の流量を可変す
る流量制御手段を備えたものである。
【００１３】また第３の構成としては、起動時には原燃
料を、定常運転時には固体高分子型燃料電池の燃料極か
ら排出されるオフガスをそれぞれ燃焼させ、第一の燃料
電池の昇温を行う加熱手段を備えたものである。
料を、定常運転時には固体高分子型燃料電池の燃料極か
ら排出されるオフガスをそれぞれ燃焼させ、第一の燃料
電池の昇温を行う加熱手段を備えたものである。
【００１４】また第４の構成としては、改質器と第一の
燃料電池を一体に構成し、両者を加熱昇温する加熱手段
を備えたものである。
燃料電池を一体に構成し、両者を加熱昇温する加熱手段
を備えたものである。
【００１５】また第５の構成としては、改質器は部分酸
化反応により改質を行う部分酸化反応器として構成した
ものである。
化反応により改質を行う部分酸化反応器として構成した
ものである。
【００１６】また第６の構成としては、第一の燃料電池
と固体高分子型燃料電池の間に、供給原燃料を第一の燃
料電池の燃料極排出ガスとの熱交換により予熱する予熱
部を備えたものである。
と固体高分子型燃料電池の間に、供給原燃料を第一の燃
料電池の燃料極排出ガスとの熱交換により予熱する予熱
部を備えたものである。
【００１７】また第７の構成としては、第一の燃料電池
と固体高分子型燃料電池の間に、第一の燃料電池の燃料
極排出ガスと冷却水が直接接触する冷却部を備えたもの
である。
と固体高分子型燃料電池の間に、第一の燃料電池の燃料
極排出ガスと冷却水が直接接触する冷却部を備えたもの
である。
【００１８】また第８の構成としては、第一の燃料電池
と固体高分子型燃料電池の間に、第一の燃料電池の燃料
極排出ガスと熱交換し、廃熱を給湯に利用し得る熱交換
部を備えたものである。
と固体高分子型燃料電池の間に、第一の燃料電池の燃料
極排出ガスと熱交換し、廃熱を給湯に利用し得る熱交換
部を備えたものである。
【００１９】
【作用】本発明は上記構成により以下の作用を有するも
のである。
のである。
【００２０】すなわち、第１の構成の原燃料を改質する
改質器と、改質器の改質ガスが供給され発電する第一の
燃料電池と、第一の燃料電池の燃料極排出ガスが供給さ
れる固体高分子型燃料電池とを備えた構成により、改質
器を通った原燃料は水素と一酸化炭素を含む改質ガスと
して第一の燃料電池の燃料極に供給され、他方の酸化剤
極に供給された空気等の酸化剤ガスにより電池反応を生
じて発電し、改質ガス中に含まれた一酸化炭素は第一の
燃料電池の燃料として消費され二酸化炭素に変わる。ま
た、改質ガス中の水素の一部も酸化剤ガスと反応して水
Ｈ2Ｏが生成される。そしてこの生成水と、電池反応に
寄与しない水素および一酸化炭素が変成された二酸化炭
素が燃料極から排出され固体高分子型燃料電池に供給さ
れ、固体高分子型燃料電池で発電するものである。した
がって、第一の燃料電池で一酸化炭素のもつ高いエネル
ギーを利用しながらこれを除去でき、また生成水により
加湿装置がなくとも固体高分子型燃料電池を運転し、発
電できる。
改質器と、改質器の改質ガスが供給され発電する第一の
燃料電池と、第一の燃料電池の燃料極排出ガスが供給さ
れる固体高分子型燃料電池とを備えた構成により、改質
器を通った原燃料は水素と一酸化炭素を含む改質ガスと
して第一の燃料電池の燃料極に供給され、他方の酸化剤
極に供給された空気等の酸化剤ガスにより電池反応を生
じて発電し、改質ガス中に含まれた一酸化炭素は第一の
燃料電池の燃料として消費され二酸化炭素に変わる。ま
た、改質ガス中の水素の一部も酸化剤ガスと反応して水
Ｈ2Ｏが生成される。そしてこの生成水と、電池反応に
寄与しない水素および一酸化炭素が変成された二酸化炭
素が燃料極から排出され固体高分子型燃料電池に供給さ
れ、固体高分子型燃料電池で発電するものである。した
がって、第一の燃料電池で一酸化炭素のもつ高いエネル
ギーを利用しながらこれを除去でき、また生成水により
加湿装置がなくとも固体高分子型燃料電池を運転し、発
電できる。
【００２１】また第２の構成の、第一の燃料電池の燃料
極排出ガスのリターン流路と、固体高分子型燃料電池の
燃料ガスの一酸化炭素濃度検知手段と、リターン流路の
流量を可変する流量制御手段を備えた構成により、第一
の燃料電池の燃料極排出ガスを再度第一の燃料電池の燃
料極に供給し、排出ガス中の一酸化炭素濃度を完全に除
去したり、あるいは装置の運転条件が変化しても一酸化
炭素濃度検知手段の出力信号に基づいてリターン流路の
流量を可変し、一酸化炭素濃度を固体高分子型燃料電池
の白金触媒被毒制限値以下まで確実に除去するものであ
る。
極排出ガスのリターン流路と、固体高分子型燃料電池の
燃料ガスの一酸化炭素濃度検知手段と、リターン流路の
流量を可変する流量制御手段を備えた構成により、第一
の燃料電池の燃料極排出ガスを再度第一の燃料電池の燃
料極に供給し、排出ガス中の一酸化炭素濃度を完全に除
去したり、あるいは装置の運転条件が変化しても一酸化
炭素濃度検知手段の出力信号に基づいてリターン流路の
流量を可変し、一酸化炭素濃度を固体高分子型燃料電池
の白金触媒被毒制限値以下まで確実に除去するものであ
る。
【００２２】また第３の構成の、起動時には原燃料を、
定常運転時には固体高分子型燃料電池の燃料極から排出
されるオフガスをそれぞれ燃焼させ、第一の燃料電池の
昇温を行う加熱手段を備えた構成により、起動時には原
燃料を使用した素早い昇温が、定常運転時にはオフガス
による第一の燃料電池の温度維持がシステム効率よくで
き、オフガス中に残る水素を消費してしまうものであ
る。
定常運転時には固体高分子型燃料電池の燃料極から排出
されるオフガスをそれぞれ燃焼させ、第一の燃料電池の
昇温を行う加熱手段を備えた構成により、起動時には原
燃料を使用した素早い昇温が、定常運転時にはオフガス
による第一の燃料電池の温度維持がシステム効率よくで
き、オフガス中に残る水素を消費してしまうものであ
る。
【００２３】また第４の構成の、改質器と第一の燃料電
池を一体に構成し、両者を加熱昇温する加熱手段を備え
た構成により、改質器も第一の燃料電池とほぼ等しい温
度を必要とするので、一つの加熱手段による同時加熱が
でき、構成を簡単化できるものである。
池を一体に構成し、両者を加熱昇温する加熱手段を備え
た構成により、改質器も第一の燃料電池とほぼ等しい温
度を必要とするので、一つの加熱手段による同時加熱が
でき、構成を簡単化できるものである。
【００２４】また第５の構成の、改質器は部分酸化反応
により改質を行う部分酸化反応器として構成することに
より、部分酸化反応器内で生じる反応熱により第一の燃
料電池の昇温を行うことができるものであり、第一の燃
料電池の加熱手段が不要になり、構成が簡単化できる。
により改質を行う部分酸化反応器として構成することに
より、部分酸化反応器内で生じる反応熱により第一の燃
料電池の昇温を行うことができるものであり、第一の燃
料電池の加熱手段が不要になり、構成が簡単化できる。
【００２５】また第６の構成の、第一の燃料電池と固体
高分子型燃料電池の間に、供給原燃料を予熱する予熱部
を備えた構成により、高温の第一の燃料電池の燃料極排
出ガスを運転温度が８０℃程度の固体高分子型燃料電池
に供給するために冷却することができるとともに、供給
原燃料を予熱することにより改質器での加熱量が低減さ
れるものである。
高分子型燃料電池の間に、供給原燃料を予熱する予熱部
を備えた構成により、高温の第一の燃料電池の燃料極排
出ガスを運転温度が８０℃程度の固体高分子型燃料電池
に供給するために冷却することができるとともに、供給
原燃料を予熱することにより改質器での加熱量が低減さ
れるものである。
【００２６】また第７の構成の、第一の燃料電池と固体
高分子型燃料電池の間に、第一の燃料電池の燃料極排出
ガスと冷却水が直接接触する冷却部を備えた構成によ
り、高温の燃料極排出ガスを８０℃程度である固体高分
子型燃料電池の運転温度まで冷却水により下げることが
できるとともに、固体高分子型燃料電池に供給する燃料
ガスの加湿量が不足のときはこのときに生じる冷却水の
蒸発により補い、過剰で凝縮を生じるようなときは凝縮
分を受容することができるものである。
高分子型燃料電池の間に、第一の燃料電池の燃料極排出
ガスと冷却水が直接接触する冷却部を備えた構成によ
り、高温の燃料極排出ガスを８０℃程度である固体高分
子型燃料電池の運転温度まで冷却水により下げることが
できるとともに、固体高分子型燃料電池に供給する燃料
ガスの加湿量が不足のときはこのときに生じる冷却水の
蒸発により補い、過剰で凝縮を生じるようなときは凝縮
分を受容することができるものである。
【００２７】また第８の構成の、第一の燃料電池と固体
高分子型燃料電池の間に、第一の燃料電池の燃料極排出
ガスと熱交換し、廃熱を給湯に利用し得る熱交換部を備
えた構成により、高温の燃料極排出ガスを８０℃程度で
ある固体高分子型燃料電池の運転温度まで下げることが
できるとともに、廃熱を給湯に利用できるのでシステム
効率の向上が図れるものである。
高分子型燃料電池の間に、第一の燃料電池の燃料極排出
ガスと熱交換し、廃熱を給湯に利用し得る熱交換部を備
えた構成により、高温の燃料極排出ガスを８０℃程度で
ある固体高分子型燃料電池の運転温度まで下げることが
できるとともに、廃熱を給湯に利用できるのでシステム
効率の向上が図れるものである。
【００２８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００２９】図１は本発明の一実施例によるハイブリッ
ド燃料電池発電装置の要部を示すシステム構成図であ
り、ＬＮＧ、ＬＰＧ、ナフサ等の炭化水素系やメタノー
ル等のアルコール系の原燃料を水素と一酸化炭素を含む
ガスに改質する改質器１の後段に、約１０００℃で酸化
物イオン伝導性をもつ安定化ジルコニア系の固体電解質
２ａとこれを挟持する燃料極２ｂおよび酸化剤極２ｃか
らなる第一の燃料電池としての固体電解質型燃料電池２
を設け、改質器１と燃料極２ｂを連結する改質ガス流路
３を通って、改質ガスが固体電解質型燃料電池２の燃料
極２ｂに供給されるように構成されている。さらに固体
電解質型燃料電池２の後段には、プロトン伝導性をもつ
固体高分子電解質４ａとこれを挟持する燃料極４ｂおよ
び酸化剤極４ｃからなる固体高分子型燃料電池４が設け
られている。そして固体電解質型燃料電池２の燃料極２
ｂからの排出ガスは、固体高分子型燃料電池４の燃料極
４ｂに接続され、途中に分岐部５および給湯用水入口６
と給湯用水出口７を有する熱交換部８、一酸化炭素濃度
検知手段９を備えた接続流路１０を通って固体高分子型
燃料電池４の燃料極４ｂに供給される構成になってい
る。さらに接続流路１０の分岐部５からは、一酸化炭素
濃度検知手段９と電気的に接続された流量制御手段１１
および加圧装置１２を通って固体電解質型燃料電池２の
燃料極２ｂに接続されたリターン流路１３を設けた構成
となっている。
ド燃料電池発電装置の要部を示すシステム構成図であ
り、ＬＮＧ、ＬＰＧ、ナフサ等の炭化水素系やメタノー
ル等のアルコール系の原燃料を水素と一酸化炭素を含む
ガスに改質する改質器１の後段に、約１０００℃で酸化
物イオン伝導性をもつ安定化ジルコニア系の固体電解質
２ａとこれを挟持する燃料極２ｂおよび酸化剤極２ｃか
らなる第一の燃料電池としての固体電解質型燃料電池２
を設け、改質器１と燃料極２ｂを連結する改質ガス流路
３を通って、改質ガスが固体電解質型燃料電池２の燃料
極２ｂに供給されるように構成されている。さらに固体
電解質型燃料電池２の後段には、プロトン伝導性をもつ
固体高分子電解質４ａとこれを挟持する燃料極４ｂおよ
び酸化剤極４ｃからなる固体高分子型燃料電池４が設け
られている。そして固体電解質型燃料電池２の燃料極２
ｂからの排出ガスは、固体高分子型燃料電池４の燃料極
４ｂに接続され、途中に分岐部５および給湯用水入口６
と給湯用水出口７を有する熱交換部８、一酸化炭素濃度
検知手段９を備えた接続流路１０を通って固体高分子型
燃料電池４の燃料極４ｂに供給される構成になってい
る。さらに接続流路１０の分岐部５からは、一酸化炭素
濃度検知手段９と電気的に接続された流量制御手段１１
および加圧装置１２を通って固体電解質型燃料電池２の
燃料極２ｂに接続されたリターン流路１３を設けた構成
となっている。
【００３０】上記構成により、改質器１を通った原燃料
は水素と一酸化炭素を含む改質ガスとして、改質ガス流
路３を通り固体電解質型燃料電池２の燃料極２ｂに供給
され、他方の酸化剤極２ｃに供給された空気等の酸化剤
ガスにより電池反応を生じて発電する。この際、酸化剤
極２ｃ側で空気中の酸素が酸化物イオンＯ2-となり、こ
れが固体電解質２ａを通って燃料極２ｂ内の水素および
一酸化炭素と次式に表される反応をする。
は水素と一酸化炭素を含む改質ガスとして、改質ガス流
路３を通り固体電解質型燃料電池２の燃料極２ｂに供給
され、他方の酸化剤極２ｃに供給された空気等の酸化剤
ガスにより電池反応を生じて発電する。この際、酸化剤
極２ｃ側で空気中の酸素が酸化物イオンＯ2-となり、こ
れが固体電解質２ａを通って燃料極２ｂ内の水素および
一酸化炭素と次式に表される反応をする。
【００３１】ＣＯ＋Ｏ2-→ＣＯ2＋２ｅ- Ｈ2＋Ｏ2-→Ｈ2Ｏ＋２ｅ- 上記電池反応により、改質ガス中に含まれた一酸化炭素
ＣＯは固体電解質型燃料電池２の燃料として燃料極２ｂ
で消費され二酸化炭素ＣＯ2に変わる。また、改質ガス
中の水素の一部も酸化剤ガスと反応して水Ｈ2Ｏとな
り、電池反応に寄与しない水素および一酸化炭素が変成
された二酸化炭素とともに燃料極２ｂから排出される。
ＣＯは固体電解質型燃料電池２の燃料として燃料極２ｂ
で消費され二酸化炭素ＣＯ2に変わる。また、改質ガス
中の水素の一部も酸化剤ガスと反応して水Ｈ2Ｏとな
り、電池反応に寄与しない水素および一酸化炭素が変成
された二酸化炭素とともに燃料極２ｂから排出される。
【００３２】燃料極２ｂから排出された排出ガスは、電
池反応に寄与しなかった水素と生成された水および二酸
化炭素からなり、接続流路１０を通って熱交換部８に入
る。熱交換部８では、給湯用水入口６から入ってきた水
が高温の固体電解質型燃料電池２の排出ガスと熱交換
し、温水となって給湯用水出口７から出ていく。その
後、固体電解質型燃料電池２の高温の排出ガスは熱交換
により８０℃程度である固体高分子型燃料電池４の運転
温度まで下がり、固体高分子型燃料電池４に供給され
る。これにより、高温の排出ガスがもつ熱は給湯用温水
に利用できるので、システム効率の向上を図ることがで
きる。
池反応に寄与しなかった水素と生成された水および二酸
化炭素からなり、接続流路１０を通って熱交換部８に入
る。熱交換部８では、給湯用水入口６から入ってきた水
が高温の固体電解質型燃料電池２の排出ガスと熱交換
し、温水となって給湯用水出口７から出ていく。その
後、固体電解質型燃料電池２の高温の排出ガスは熱交換
により８０℃程度である固体高分子型燃料電池４の運転
温度まで下がり、固体高分子型燃料電池４に供給され
る。これにより、高温の排出ガスがもつ熱は給湯用温水
に利用できるので、システム効率の向上を図ることがで
きる。
【００３３】固体高分子型燃料電池４の固体高分子電解
質４ａには、スルホン酸基をもつポリスチレン系の陽イ
オン交換膜や、パーフロロカーボンスルホン酸膜（米
国、デュポン社、商品名ナフィオン）などの分子中にプ
ロトン交換基をもつ膜が使用されており、固体電解質型
燃料電池２で生成された排出ガス中の水分により含水さ
せてプロトン伝導性電解質として機能させることが可能
となっている。
質４ａには、スルホン酸基をもつポリスチレン系の陽イ
オン交換膜や、パーフロロカーボンスルホン酸膜（米
国、デュポン社、商品名ナフィオン）などの分子中にプ
ロトン交換基をもつ膜が使用されており、固体電解質型
燃料電池２で生成された排出ガス中の水分により含水さ
せてプロトン伝導性電解質として機能させることが可能
となっている。
【００３４】そして、燃料極４ｂに供給された固体電解
質型燃料電池２の排出ガス中の水素はプロトンＨ+にな
り、固体高分子電解質４ａ膜を通って、他方の酸化剤極
４ｃに供給された空気等の酸化剤ガスと電池反応を生じ
て発電するのである。このとき燃料極４ｂに供給された
排出ガス中には、固体電解質型燃料電池２にて爆発の危
険性や大きな動力の必要性、電力消費もなく一酸化炭素
が消費、除去されているので固体高分子型燃料電池４内
の白金触媒（図示せず）を被毒することはなく、そのう
え一酸化炭素のもつ高いエネルギーを発電として有効利
用しているので高いシステム効率が得られる。さらに、
固体電解質型燃料電池２の燃料極２ｂ排出ガス中に電池
反応で生成された水を含むので加湿装置が不要となる。
なお、ここでは第一の燃料電池として安定化ジルコニア
系の固体電解質型燃料電池を用いたが、他の固体電解質
型燃料電池や炭酸溶融塩型燃料電池などの水素と一酸化
炭素の両方を燃料として発電する他の燃料電池を用いて
もよい。
質型燃料電池２の排出ガス中の水素はプロトンＨ+にな
り、固体高分子電解質４ａ膜を通って、他方の酸化剤極
４ｃに供給された空気等の酸化剤ガスと電池反応を生じ
て発電するのである。このとき燃料極４ｂに供給された
排出ガス中には、固体電解質型燃料電池２にて爆発の危
険性や大きな動力の必要性、電力消費もなく一酸化炭素
が消費、除去されているので固体高分子型燃料電池４内
の白金触媒（図示せず）を被毒することはなく、そのう
え一酸化炭素のもつ高いエネルギーを発電として有効利
用しているので高いシステム効率が得られる。さらに、
固体電解質型燃料電池２の燃料極２ｂ排出ガス中に電池
反応で生成された水を含むので加湿装置が不要となる。
なお、ここでは第一の燃料電池として安定化ジルコニア
系の固体電解質型燃料電池を用いたが、他の固体電解質
型燃料電池や炭酸溶融塩型燃料電池などの水素と一酸化
炭素の両方を燃料として発電する他の燃料電池を用いて
もよい。
【００３５】一方、固体電解質型燃料電池２の燃料極２
ｂを出た排出ガスの一部は、接続流路１０に設けられた
一酸化炭素濃度検知手段９の出力信号に応じて、接続流
路１０途中の分岐部４から流量制御手段１１で制御され
た所定流量だけリターン流路１３を通り、加圧装置１２
で加圧されて固体電解質型燃料電池２の燃料極２ｂに再
度供給される構成になっている。したがって、固体電解
質型燃料電池２の燃料極２ｂ排出ガス中の一酸化炭素濃
度を完全に除去したり、あるいは燃料電池発電装置の負
荷変動に合わせ原燃料の供給量を変えるといった改質器
１の運転条件変化や、その他の運転条件変化により固体
電解質型燃料電池２の排出ガス中の一酸化炭素濃度が変
化するようなことが生じても、固体高分子型燃料電池４
の白金触媒被毒制限値を超えることなく被毒制限値以下
まで確実に除去することができる。
ｂを出た排出ガスの一部は、接続流路１０に設けられた
一酸化炭素濃度検知手段９の出力信号に応じて、接続流
路１０途中の分岐部４から流量制御手段１１で制御され
た所定流量だけリターン流路１３を通り、加圧装置１２
で加圧されて固体電解質型燃料電池２の燃料極２ｂに再
度供給される構成になっている。したがって、固体電解
質型燃料電池２の燃料極２ｂ排出ガス中の一酸化炭素濃
度を完全に除去したり、あるいは燃料電池発電装置の負
荷変動に合わせ原燃料の供給量を変えるといった改質器
１の運転条件変化や、その他の運転条件変化により固体
電解質型燃料電池２の排出ガス中の一酸化炭素濃度が変
化するようなことが生じても、固体高分子型燃料電池４
の白金触媒被毒制限値を超えることなく被毒制限値以下
まで確実に除去することができる。
【００３６】図２は本発明の他の実施例によるハイブリ
ッド燃料電池発電装置の要部を示すシステム構成図であ
り、図１と同符号のものは相当する構成要素であり、詳
細な説明は省略する。図において、改質器１と固体電解
質型燃料電池２は隣接一体に構成されるとともに、一体
の両者を加熱昇温する加熱手段としてバーナー１４が設
けられ、固体高分子型燃料電池４の燃料極４ｂ出口から
バーナー１４に至るオフガス流路１５が接続されてい
る。また、原燃料を直接バーナー１４に供給できるよう
に閉止弁１６を有する導管１７も設けられている。
ッド燃料電池発電装置の要部を示すシステム構成図であ
り、図１と同符号のものは相当する構成要素であり、詳
細な説明は省略する。図において、改質器１と固体電解
質型燃料電池２は隣接一体に構成されるとともに、一体
の両者を加熱昇温する加熱手段としてバーナー１４が設
けられ、固体高分子型燃料電池４の燃料極４ｂ出口から
バーナー１４に至るオフガス流路１５が接続されてい
る。また、原燃料を直接バーナー１４に供給できるよう
に閉止弁１６を有する導管１７も設けられている。
【００３７】上記構成において、本発明のハイブリッド
燃料電池発電装置の起動時には、導管１７の閉止弁１６
を開き、原燃料を直接バーナー１４に供給して燃焼加熱
できるので、起動時の固体電解質型燃料電池２および改
質器１の素早い昇温ができる。そして、十分に温度が上
がり定常運転になれば、前述の起動時とは逆に導管１７
の閉止弁１６を閉め、固体高分子型燃料電池４の燃料極
４ｂ出口から排出されたオフガスを、オフガス流路１５
を通してバーナー１４に供給燃焼させ第一の燃料電池２
に必要な温度を維持する。固体高分子型燃料電池４内で
も電池反応に寄与しなかった一部の水素は、燃料極４ｂ
から排出されるオフガス中に残っているので、オフガス
中に残る水素のもつエネルギーを燃焼熱として有効に利
用し、残存水素を完全に消費してしまうのでシステム効
率の向上と安全性の確保が図れる。さらに、ほぼ等しい
温度が必要な改質器１と固体電解質型燃料電池２を一体
構成にしているので、バーナー１４により同時加熱する
ので構成を簡単化でき、改質器１と固体電解質型燃料電
池２間での放熱ロスをなくして、熱の有効利用によるシ
ステム効率向上が図れる。
燃料電池発電装置の起動時には、導管１７の閉止弁１６
を開き、原燃料を直接バーナー１４に供給して燃焼加熱
できるので、起動時の固体電解質型燃料電池２および改
質器１の素早い昇温ができる。そして、十分に温度が上
がり定常運転になれば、前述の起動時とは逆に導管１７
の閉止弁１６を閉め、固体高分子型燃料電池４の燃料極
４ｂ出口から排出されたオフガスを、オフガス流路１５
を通してバーナー１４に供給燃焼させ第一の燃料電池２
に必要な温度を維持する。固体高分子型燃料電池４内で
も電池反応に寄与しなかった一部の水素は、燃料極４ｂ
から排出されるオフガス中に残っているので、オフガス
中に残る水素のもつエネルギーを燃焼熱として有効に利
用し、残存水素を完全に消費してしまうのでシステム効
率の向上と安全性の確保が図れる。さらに、ほぼ等しい
温度が必要な改質器１と固体電解質型燃料電池２を一体
構成にしているので、バーナー１４により同時加熱する
ので構成を簡単化でき、改質器１と固体電解質型燃料電
池２間での放熱ロスをなくして、熱の有効利用によるシ
ステム効率向上が図れる。
【００３８】図３は本発明の他の実施例によるハイブリ
ッド燃料電池発電装置の要部を示すシステム構成図であ
り、図１および図２と同符号のものは相当する構成要素
であり、詳細な説明は省略する。図において、原燃料に
炭化水素系燃料であるメタンを用い、このメタン燃料が
供給される改質器は部分酸化反応触媒（図示せず）を有
する部分酸化反応器１８として構成されている。また、
固体電解質型燃料電池２と固体高分子型燃料電池４の間
に、予熱ガス入口１９と予熱ガス出口２０および原燃料
入口２１と原燃料出口２２を有する予熱部２３を備えた
構成になっている。さらに固体電解質型燃料電池２と固
体高分子型燃料電池４の間であって予熱部２３の後段に
は、熱交換部８が設けられ、さらにその後段には、容器
２４内の冷却水２５中に開口部２６がある燃料ガス入口
２７と容器２４の上部に位置する燃料ガス出口２８、お
よび冷却水入口２９と冷却水出口３０を有する冷却部３
１が設けられ、燃料ガス出口２８は固体高分子型燃料電
池４の燃料極４ｂに接続されている。
ッド燃料電池発電装置の要部を示すシステム構成図であ
り、図１および図２と同符号のものは相当する構成要素
であり、詳細な説明は省略する。図において、原燃料に
炭化水素系燃料であるメタンを用い、このメタン燃料が
供給される改質器は部分酸化反応触媒（図示せず）を有
する部分酸化反応器１８として構成されている。また、
固体電解質型燃料電池２と固体高分子型燃料電池４の間
に、予熱ガス入口１９と予熱ガス出口２０および原燃料
入口２１と原燃料出口２２を有する予熱部２３を備えた
構成になっている。さらに固体電解質型燃料電池２と固
体高分子型燃料電池４の間であって予熱部２３の後段に
は、熱交換部８が設けられ、さらにその後段には、容器
２４内の冷却水２５中に開口部２６がある燃料ガス入口
２７と容器２４の上部に位置する燃料ガス出口２８、お
よび冷却水入口２９と冷却水出口３０を有する冷却部３
１が設けられ、燃料ガス出口２８は固体高分子型燃料電
池４の燃料極４ｂに接続されている。
【００３９】上記構成において、原燃料であるメタンは
原燃料入口２１から予熱部２３に入り、ここで予熱ガス
入口１９から入ってきた固体電解質型燃料電池２の燃料
極２ｂ排出ガスとの熱交換により予熱され、原燃料出口
２２から改質器である部分酸化反応器１８に入る。予熱
され、供給されたメタンは部分酸化反応器１８内で部分
酸化反応触媒（図示せず）の作用により２ＣＨ4＋Ｏ2→
２ＣＯ＋４Ｈ2で表される部分酸化反応を生じ、この反
応に伴う反応熱を利用して固体電解質型燃料電池２の昇
温を行う。これにより、固体電解質型燃料電池２の加熱
手段が不要になり、構成が簡単化できる。また、メタン
の場合では次式ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2で表される
ような、炭化水素系燃料の水蒸気改質法を用いた場合に
比べて、水蒸気発生装置が不要になるので簡単構成とな
る。一方、メタンは高温の燃料極２ｂ排出ガスにより予
熱されているので、部分酸化反応器１８が供給メタンに
よって冷却されず、改質器での反応に必要な温度を維持
するための熱量が低減され、部分酸化反応による反応熱
を他の有効な部分に利用できるのでシステム効率の向上
が図れる。
原燃料入口２１から予熱部２３に入り、ここで予熱ガス
入口１９から入ってきた固体電解質型燃料電池２の燃料
極２ｂ排出ガスとの熱交換により予熱され、原燃料出口
２２から改質器である部分酸化反応器１８に入る。予熱
され、供給されたメタンは部分酸化反応器１８内で部分
酸化反応触媒（図示せず）の作用により２ＣＨ4＋Ｏ2→
２ＣＯ＋４Ｈ2で表される部分酸化反応を生じ、この反
応に伴う反応熱を利用して固体電解質型燃料電池２の昇
温を行う。これにより、固体電解質型燃料電池２の加熱
手段が不要になり、構成が簡単化できる。また、メタン
の場合では次式ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2で表される
ような、炭化水素系燃料の水蒸気改質法を用いた場合に
比べて、水蒸気発生装置が不要になるので簡単構成とな
る。一方、メタンは高温の燃料極２ｂ排出ガスにより予
熱されているので、部分酸化反応器１８が供給メタンに
よって冷却されず、改質器での反応に必要な温度を維持
するための熱量が低減され、部分酸化反応による反応熱
を他の有効な部分に利用できるのでシステム効率の向上
が図れる。
【００４０】部分酸化反応器１８で改質された改質ガス
は、固体電解質型燃料電池２で発電しながら一酸化炭素
が除去され排出される。高温の排出ガスは予熱ガス入口
１９から予熱部２３に入り、メタンと熱交換して冷却さ
れ、予熱ガス出口２０から排出されて後段の熱交換部８
を通り、さらに後段の冷却部３１に入る。
は、固体電解質型燃料電池２で発電しながら一酸化炭素
が除去され排出される。高温の排出ガスは予熱ガス入口
１９から予熱部２３に入り、メタンと熱交換して冷却さ
れ、予熱ガス出口２０から排出されて後段の熱交換部８
を通り、さらに後段の冷却部３１に入る。
【００４１】燃料ガス入口２７から入った固体高分子型
燃料電池４の燃料となる排出ガスは、容器２４内の冷却
水２５と直接接触し、８０℃程度である固体高分子型燃
料電池４の運転温度まで冷却されるとともに、冷却水の
蒸発により飽和状態まで加湿されるので、固体高分子型
燃料電池４の電解質４ａ膜を飽和含水状態に保つために
必要な加湿量の不足があるときには加湿量を補うことが
できる。逆に、排出ガスの加湿量が過剰で、冷却により
水分の凝縮を生じるようなときは凝縮分を容器２４に受
容し冷却水出口３０から排出することができるので、固
体高分子型燃料電池の運転条件が変化しても厳密な制御
手段なしで対応することができる。なお、ここでは前述
の構成のような冷却部を用いたが、排出ガスと冷却水が
直接接触するものであれば、排出ガス中に水分を噴霧す
る構成（図示せず）などいずれの構成のものを用いても
よい。
燃料電池４の燃料となる排出ガスは、容器２４内の冷却
水２５と直接接触し、８０℃程度である固体高分子型燃
料電池４の運転温度まで冷却されるとともに、冷却水の
蒸発により飽和状態まで加湿されるので、固体高分子型
燃料電池４の電解質４ａ膜を飽和含水状態に保つために
必要な加湿量の不足があるときには加湿量を補うことが
できる。逆に、排出ガスの加湿量が過剰で、冷却により
水分の凝縮を生じるようなときは凝縮分を容器２４に受
容し冷却水出口３０から排出することができるので、固
体高分子型燃料電池の運転条件が変化しても厳密な制御
手段なしで対応することができる。なお、ここでは前述
の構成のような冷却部を用いたが、排出ガスと冷却水が
直接接触するものであれば、排出ガス中に水分を噴霧す
る構成（図示せず）などいずれの構成のものを用いても
よい。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように本発明のハイブリッ
ド燃料電池発電装置は、以下に述べる効果を有するもの
である。
ド燃料電池発電装置は、以下に述べる効果を有するもの
である。
【００４３】すなわち、第１の構成の原燃料を改質する
改質器と、改質器の改質ガスが供給され発電する第一の
燃料電池と、第一の燃料電池の燃料極排出ガスが供給さ
れる固体高分子型燃料電池とを備えた構成により、改質
器で原燃料から生成された改質ガスは第一の燃料電池内
で電池反応を生じて発電し、改質ガス中に含まれた一酸
化炭素は第一の燃料電池の燃料として消費され、改質ガ
ス中の水素の一部も酸化剤ガスと反応して水Ｈ2Ｏが生
成され、固体高分子型燃料電池に供給されるので、爆発
の危険性や大きな動力の必要性、電力消費もなく一酸化
炭素を除去でき、固体高分子型燃料電池の白金触媒の被
毒を防ぐことができるばかりでなく、一酸化炭素のもつ
高いエネルギーを発電として有効利用するので高いシス
テム効率が得られる。さらに、第一の燃料電池の燃料極
排出ガス中に電池反応で生成された水を含むので加湿装
置がなくとも固体高分子型燃料電池での発電ができるの
で装置の構成を簡素化できる。
改質器と、改質器の改質ガスが供給され発電する第一の
燃料電池と、第一の燃料電池の燃料極排出ガスが供給さ
れる固体高分子型燃料電池とを備えた構成により、改質
器で原燃料から生成された改質ガスは第一の燃料電池内
で電池反応を生じて発電し、改質ガス中に含まれた一酸
化炭素は第一の燃料電池の燃料として消費され、改質ガ
ス中の水素の一部も酸化剤ガスと反応して水Ｈ2Ｏが生
成され、固体高分子型燃料電池に供給されるので、爆発
の危険性や大きな動力の必要性、電力消費もなく一酸化
炭素を除去でき、固体高分子型燃料電池の白金触媒の被
毒を防ぐことができるばかりでなく、一酸化炭素のもつ
高いエネルギーを発電として有効利用するので高いシス
テム効率が得られる。さらに、第一の燃料電池の燃料極
排出ガス中に電池反応で生成された水を含むので加湿装
置がなくとも固体高分子型燃料電池での発電ができるの
で装置の構成を簡素化できる。
【００４４】また第２の構成の、第一の燃料電池の燃料
極排出ガスのリターン流路と、固体高分子型燃料電池の
燃料ガスの一酸化炭素濃度検知手段と、リターン流路の
流量を可変する流量制御手段を備えた構成により、第一
の燃料電池の燃料極排出ガスを再度第一の燃料電池の燃
料極に供給し、排出ガス中の一酸化炭素濃度を完全に除
去したり、あるいは装置の運転条件が変化しても一酸化
炭素濃度を固体高分子型燃料電池の白金触媒被毒制限値
以下まで確実に除去することができる。
極排出ガスのリターン流路と、固体高分子型燃料電池の
燃料ガスの一酸化炭素濃度検知手段と、リターン流路の
流量を可変する流量制御手段を備えた構成により、第一
の燃料電池の燃料極排出ガスを再度第一の燃料電池の燃
料極に供給し、排出ガス中の一酸化炭素濃度を完全に除
去したり、あるいは装置の運転条件が変化しても一酸化
炭素濃度を固体高分子型燃料電池の白金触媒被毒制限値
以下まで確実に除去することができる。
【００４５】また第３の構成の、起動時には原燃料を、
定常運転時には固体高分子型燃料電池の燃料極から排出
されるオフガスをそれぞれ燃焼させ、第一の燃料電池の
昇温を行う加熱手段を備えた構成により、第一の燃料電
池に必要な温度の維持と起動時の素早い昇温ができ、オ
フガス中に残る水素のもつエネルギーを燃焼熱として有
効に利用、残存水素を完全に消費してしまうのでシステ
ム効率の向上と安全性の確保が図れる。
定常運転時には固体高分子型燃料電池の燃料極から排出
されるオフガスをそれぞれ燃焼させ、第一の燃料電池の
昇温を行う加熱手段を備えた構成により、第一の燃料電
池に必要な温度の維持と起動時の素早い昇温ができ、オ
フガス中に残る水素のもつエネルギーを燃焼熱として有
効に利用、残存水素を完全に消費してしまうのでシステ
ム効率の向上と安全性の確保が図れる。
【００４６】また第４の構成の、改質器と第一の燃料電
池を一体に構成し、両者を加熱昇温する加熱手段を備え
た構成により、改質器も第一の燃料電池とほぼ等しい温
度を必要とするので構成を簡単化でき、改質器と第一の
燃料電池間での放熱ロスをなくして、熱の有効利用によ
るシステム効率の向上が図れる。
池を一体に構成し、両者を加熱昇温する加熱手段を備え
た構成により、改質器も第一の燃料電池とほぼ等しい温
度を必要とするので構成を簡単化でき、改質器と第一の
燃料電池間での放熱ロスをなくして、熱の有効利用によ
るシステム効率の向上が図れる。
【００４７】また第５の構成の、改質器は部分酸化反応
により改質を行う部分酸化反応器として構成することに
より、部分酸化反応器内で生じる反応熱により第一の燃
料電池の昇温を行うことができるので、第一の燃料電池
の加熱手段が不要になり、構成が簡単化できる。また、
炭化水素系燃料の水蒸気改質法と比較して部分酸化反応
による改質では水蒸気発生装置が不要になるのでさらに
構成が簡素化できる。
により改質を行う部分酸化反応器として構成することに
より、部分酸化反応器内で生じる反応熱により第一の燃
料電池の昇温を行うことができるので、第一の燃料電池
の加熱手段が不要になり、構成が簡単化できる。また、
炭化水素系燃料の水蒸気改質法と比較して部分酸化反応
による改質では水蒸気発生装置が不要になるのでさらに
構成が簡素化できる。
【００４８】また第６の構成の、第一の燃料電池と固体
高分子型燃料電池の間に、供給原燃料を予熱する予熱部
を備えた構成により、高温の第一の燃料電池の燃料極排
出ガスを、運転温度が８０℃程度の固体高分子型燃料電
池に供給するために冷却することができるとともに、供
給原燃料を予熱することにより改質器での加熱量が低減
され、システム効率の向上が図れる。
高分子型燃料電池の間に、供給原燃料を予熱する予熱部
を備えた構成により、高温の第一の燃料電池の燃料極排
出ガスを、運転温度が８０℃程度の固体高分子型燃料電
池に供給するために冷却することができるとともに、供
給原燃料を予熱することにより改質器での加熱量が低減
され、システム効率の向上が図れる。
【００４９】また第７の構成の、第一の燃料電池と固体
高分子型燃料電池の間に、第一の燃料電池の燃料極排出
ガスと冷却水が直接接触する冷却部を備えた構成によ
り、高温の燃料極排出ガスを８０℃程度である固体高分
子型燃料電池の運転温度まで下げることができるととも
に、冷却水の蒸発により飽和状態まで加湿されるので、
固体高分子型燃料電池に供給する燃料ガスの加湿量が不
足のときは補い、逆に過剰で凝縮を生じるようなときは
凝縮分を受容することができ、固体高分子型燃料電池の
運転条件が変化しても厳密な制御手段なしで対応するこ
とができる。
高分子型燃料電池の間に、第一の燃料電池の燃料極排出
ガスと冷却水が直接接触する冷却部を備えた構成によ
り、高温の燃料極排出ガスを８０℃程度である固体高分
子型燃料電池の運転温度まで下げることができるととも
に、冷却水の蒸発により飽和状態まで加湿されるので、
固体高分子型燃料電池に供給する燃料ガスの加湿量が不
足のときは補い、逆に過剰で凝縮を生じるようなときは
凝縮分を受容することができ、固体高分子型燃料電池の
運転条件が変化しても厳密な制御手段なしで対応するこ
とができる。
【００５０】また第８の構成の、第一の燃料電池と固体
高分子型燃料電池の間に、第一の燃料電池の燃料極排出
ガスと熱交換し、廃熱を給湯に利用し得る熱交換部を備
えた構成により、高温の燃料極排出ガスを８０℃程度で
ある固体高分子型燃料電池の運転温度まで下げることが
できるとともに、廃熱を給湯に利用できるのでシステム
効率の向上が図れる。
高分子型燃料電池の間に、第一の燃料電池の燃料極排出
ガスと熱交換し、廃熱を給湯に利用し得る熱交換部を備
えた構成により、高温の燃料極排出ガスを８０℃程度で
ある固体高分子型燃料電池の運転温度まで下げることが
できるとともに、廃熱を給湯に利用できるのでシステム
効率の向上が図れる。
【図１】本発明の一実施例によるハイブリッド燃料電池
発電装置の要部を示す構成図
発電装置の要部を示す構成図
【図２】本発明の他の実施例によるハイブリッド燃料電
池発電装置の要部を示す構成図
池発電装置の要部を示す構成図
【図３】本発明の他の実施例によるハイブリッド燃料電
池発電装置の要部を示す構成図
池発電装置の要部を示す構成図
【図４】従来のリン酸型燃料電池発電装置の要部を示す
構成図
構成図
【図５】従来の固体高分子型燃料電池発電装置の要部を
示す構成図
示す構成図
１ 改質器 ２ 固体電解質型燃料電池 ２ａ 燃料極 ４ 固体高分子型燃料電池 ４ａ 燃料極
Claims (9)
- 【請求項１】炭化水素系またはアルコール系の原燃料を
水素と一酸化炭素を含むガスに改質する改質器と、前記
改質器で改質されたガスが供給され水素と一酸化炭素の
両方を燃料として発電する第一の燃料電池と、前記第一
の燃料電池の燃料極からの排出ガスが燃料ガスとして供
給される固体高分子型燃料電池とを備えたハイブリッド
燃料電池発電装置。 - 【請求項２】第一の燃料電池の燃料極排出ガスを再度前
記第一の燃料電池の燃料極に供給するリターン流路を備
えた請求項１記載のハイブリッド燃料電池発電装置。 - 【請求項３】固体高分子型燃料電池の燃料ガスの一酸化
炭素濃度検知手段と、前記一酸化炭素濃度検知手段の出
力信号に基づいてリターン流路の流量を可変する流量制
御手段を備えた請求項２記載のハイブリッド燃料電池発
電装置。 - 【請求項４】起動時には原燃料を、定常運転時には固体
高分子型燃料電池の燃料極から排出されるオフガスをそ
れぞれ燃焼させ、第一の燃料電池の昇温を行う加熱手段
を備えた請求項１記載のハイブリッド燃料電池発電装
置。 - 【請求項５】改質器と第一の燃料電池を一体に構成し、
両者を加熱昇温する加熱手段を備えた請求項１又は請求
項４記載のハイブリッド燃料電池発電装置。 - 【請求項６】改質器は部分酸化反応により改質を行う部
分酸化反応器として構成した請求項１記載のハイブリッ
ド燃料電池発電装置。 - 【請求項７】第一の燃料電池と固体高分子型燃料電池の
間に、供給原燃料を前記第一の燃料電池の燃料極排出ガ
スとの熱交換により予熱する予熱部を備えた請求項１記
載のハイブリッド燃料電池発電装置。 - 【請求項８】第一の燃料電池と固体高分子型燃料電池の
間に、前記第一の燃料電池の燃料極排出ガスと冷却水が
直接接触する冷却部を備えた請求項１記載のハイブリッ
ド燃料電池発電装置。 - 【請求項９】第一の燃料電池と固体高分子型燃料電池の
間に、前記第一の燃料電池の燃料極排出ガスと熱交換
し、廃熱を給湯に利用し得る熱交換部を備えた請求項１
記載のハイブリッド燃料電池発電装置。
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|---|---|---|---|
| JP10552795A JP3414045B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | ハイブリッド燃料電池発電装置 |
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|---|---|---|---|
| JP10552795A JP3414045B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | ハイブリッド燃料電池発電装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH08306369A true JPH08306369A (ja) | 1996-11-22 |
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ID=14410070
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1995
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