JPH09129256A - 固体電解質型燃料電池モジュール - Google Patents
固体電解質型燃料電池モジュールInfo
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- JPH09129256A JPH09129256A JP7281725A JP28172595A JPH09129256A JP H09129256 A JPH09129256 A JP H09129256A JP 7281725 A JP7281725 A JP 7281725A JP 28172595 A JP28172595 A JP 28172595A JP H09129256 A JPH09129256 A JP H09129256A
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- fuel
- power generation
- fuel cell
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- 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】
【課題】発電室内の上部付近で極端な温度低下があり、
またスタックの性能が低い。 【解決手段】天然ガス等のメタンを主成分とするガス、
エタン，ブタン等の高次の炭化水素ガス及びメタノール
等のアルコール類を燃料とする固体電解質型燃料電池モ
ジュールにおいて、この燃料を水蒸気と反応させて水素
と一酸化炭素に改質する水蒸気改質触媒(49)を発電室内
の燃料供給管(48)の外面に設置することにより、燃料電
池スタック(42)の発電による発熱と水蒸気を改質反応に
利用することを特徴とする固体電解質型燃料電池モジュ
ール。
またスタックの性能が低い。 【解決手段】天然ガス等のメタンを主成分とするガス、
エタン，ブタン等の高次の炭化水素ガス及びメタノール
等のアルコール類を燃料とする固体電解質型燃料電池モ
ジュールにおいて、この燃料を水蒸気と反応させて水素
と一酸化炭素に改質する水蒸気改質触媒(49)を発電室内
の燃料供給管(48)の外面に設置することにより、燃料電
池スタック(42)の発電による発熱と水蒸気を改質反応に
利用することを特徴とする固体電解質型燃料電池モジュ
ール。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池モ
ジュールに関し、特に供給された炭化水素燃料の固体電
解質型燃料電池の発電に支障を生じない燃料ガスへの改
質を発電室内で行うようにした固体電解質型燃料電池モ
ジュールに関する。
ジュールに関し、特に供給された炭化水素燃料の固体電
解質型燃料電池の発電に支障を生じない燃料ガスへの改
質を発電室内で行うようにした固体電解質型燃料電池モ
ジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】メタンを主成分とする天然ガス等の炭化
水素燃料と水蒸気を直接供給して、高温の固体電解質型
燃料電池の燃料極（Ｎｉ電極）でメタンの水蒸気改質反
応を生じさせ、固体電解質燃料電池の発電によって発生
する熱の一部をこの反応熱（吸熱）として利用する技術
を内部改質技術という。下記式はその反応式を示す。
水素燃料と水蒸気を直接供給して、高温の固体電解質型
燃料電池の燃料極（Ｎｉ電極）でメタンの水蒸気改質反
応を生じさせ、固体電解質燃料電池の発電によって発生
する熱の一部をこの反応熱（吸熱）として利用する技術
を内部改質技術という。下記式はその反応式を示す。
【０００３】 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 −Ｑ …(1) しかし、この内部改質技術は、固体電解質型燃料電池で
は、作動温度が約８００〜１０００℃と高く、燃料極で
カーボン発生するようにするため、性能低下が生じる。
このため、図１に示すように、燃料供給室中に水蒸気改
質触媒を設置し、モジュール内で固体電解質燃料電池ス
タックに天然ガスが供給される前に燃料供給室にてその
天然ガスを部分的に水蒸気改質し、一部燃料ガスにした
後、固体電解質燃料電池スタックに供給するようにし
て、前述の不具合を解消している。
は、作動温度が約８００〜１０００℃と高く、燃料極で
カーボン発生するようにするため、性能低下が生じる。
このため、図１に示すように、燃料供給室中に水蒸気改
質触媒を設置し、モジュール内で固体電解質燃料電池ス
タックに天然ガスが供給される前に燃料供給室にてその
天然ガスを部分的に水蒸気改質し、一部燃料ガスにした
後、固体電解質燃料電池スタックに供給するようにし
て、前述の不具合を解消している。
【０００４】図中の符番１は、容器２に設けられた発電
室を示す。この発電室１には、内側に燃料極，外側に空
気極を配置した固体電解質燃料電池を複数直列に接続し
てなる円筒型の高温固体電解質燃料電池スタック３が配
置されている。前記発電室１の上方には、上部管板４，
下部管板５を用いて燃料供給室６，燃料排出室７が設け
られている。前記燃料供給室６内には水蒸気改質触媒８
が設置されている。なお、前記燃料供給室６及び燃料排
出室７を総称して燃料ヘッダ９と呼ぶ。前記燃料供給室
６からは上部管板４に支持された燃料供給管10が円筒型
スタック３の下端部まで伸びている。
室を示す。この発電室１には、内側に燃料極，外側に空
気極を配置した固体電解質燃料電池を複数直列に接続し
てなる円筒型の高温固体電解質燃料電池スタック３が配
置されている。前記発電室１の上方には、上部管板４，
下部管板５を用いて燃料供給室６，燃料排出室７が設け
られている。前記燃料供給室６内には水蒸気改質触媒８
が設置されている。なお、前記燃料供給室６及び燃料排
出室７を総称して燃料ヘッダ９と呼ぶ。前記燃料供給室
６からは上部管板４に支持された燃料供給管10が円筒型
スタック３の下端部まで伸びている。
【０００５】前記発電室１には、空気排出管11を介して
空気熱交換器12が接続されている。前記燃料供給室５に
は燃料導入管13が連通され、前記燃料排出室６には燃料
排出管14が連通されている。前記発電室１の下部には空
気導入管15が連通され、前記空気熱交換器11には空気排
出管16が連通されている。なお、図中の符番17は、固体
電解質燃料電池モジュール18の内部に配置された断熱材
である。また、ＳＡは供給空気、ＥＡは排空気、ＳＦは
燃料ガス、ＥＦは排燃料、ＮＧは炭化水素燃料（天然ガ
ス）、ＳＴは水蒸気である。なお、図１は、後述する図
２のシステムをコンパクト化し、モジュール内で発生し
た熱を利用して天然ガスの水蒸気改質を行なうものであ
る。
空気熱交換器12が接続されている。前記燃料供給室５に
は燃料導入管13が連通され、前記燃料排出室６には燃料
排出管14が連通されている。前記発電室１の下部には空
気導入管15が連通され、前記空気熱交換器11には空気排
出管16が連通されている。なお、図中の符番17は、固体
電解質燃料電池モジュール18の内部に配置された断熱材
である。また、ＳＡは供給空気、ＥＡは排空気、ＳＦは
燃料ガス、ＥＦは排燃料、ＮＧは炭化水素燃料（天然ガ
ス）、ＳＴは水蒸気である。なお、図１は、後述する図
２のシステムをコンパクト化し、モジュール内で発生し
た熱を利用して天然ガスの水蒸気改質を行なうものであ
る。
【０００６】また、従来、図２に示す固体電解質燃料電
池モジュール21が知られている。この技術では、固体電
解質燃料電池モジュールへ天然ガスを供給する前に上流
側に改質装置22を設け、ここで天然ガスを部分的に水蒸
気改質し、燃料ガスにした後、固体電解質燃料電池モジ
ュールへ供給するようにしている。
池モジュール21が知られている。この技術では、固体電
解質燃料電池モジュールへ天然ガスを供給する前に上流
側に改質装置22を設け、ここで天然ガスを部分的に水蒸
気改質し、燃料ガスにした後、固体電解質燃料電池モジ
ュールへ供給するようにしている。
【０００７】更に、図３に示すように、燃料供給管10中
に水蒸気改質触媒31を入れておき、スタック３に天然ガ
スが供給される前に燃料供給管10中にてその天然ガスを
部分的に水蒸気改質し、一部燃料ガスにした後、スタッ
ク２に供給するようにして前述の不具合点を解消しよう
とした構成の固体電解質燃料電池モジュール32が知られ
ている。
に水蒸気改質触媒31を入れておき、スタック３に天然ガ
スが供給される前に燃料供給管10中にてその天然ガスを
部分的に水蒸気改質し、一部燃料ガスにした後、スタッ
ク２に供給するようにして前述の不具合点を解消しよう
とした構成の固体電解質燃料電池モジュール32が知られ
ている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば、以下に述べる問題点を有していた。図２で
示す固体電解質燃料電池モジュールに使用する燃料ガス
を得るためには、天然ガスの水蒸気改質反応に使用する
改質装置22を別体として外部に設置する必要がある他、
次のような不具合がある。
術によれば、以下に述べる問題点を有していた。図２で
示す固体電解質燃料電池モジュールに使用する燃料ガス
を得るためには、天然ガスの水蒸気改質反応に使用する
改質装置22を別体として外部に設置する必要がある他、
次のような不具合がある。
【０００９】(1) 天然ガスの水蒸気改質反応は吸熱反応
であり（上記式(1) ）、発電室１からの排空気ＥＡや燃
料排出室７からの排燃料ＥＦ又は燃料ガスＳＦの一部を
燃焼させるなどして改質装置22を加熱する必要があり、
このため、システムの効率が低下する。
であり（上記式(1) ）、発電室１からの排空気ＥＡや燃
料排出室７からの排燃料ＥＦ又は燃料ガスＳＦの一部を
燃焼させるなどして改質装置22を加熱する必要があり、
このため、システムの効率が低下する。
【００１０】(2) 発電室１の温度は９００〜１０００℃
であり、スタック３及び燃料供給管10を支持する，下部
管板５，上部管板４の温度が高温となるため、厚肉化や
高級材料の使用が必要となる。
であり、スタック３及び燃料供給管10を支持する，下部
管板５，上部管板４の温度が高温となるため、厚肉化や
高級材料の使用が必要となる。
【００１１】一方、図１で示される技術では、水蒸気改
質触媒８を燃料供給室６内に設置するため、発電室１か
ら燃料排出室７を経て燃料供給室６に放熱される発熱分
の一部が天然ガスの水蒸気改質反応の吸熱分として使用
されている。このため、燃料ヘッダ９内の温度，つまり
上部管板４，下部管板５の温度が下がり、上記(1) ，
(2) の問題点については改善される。しかし、この技術
では、燃料ヘッダ９の温度を直接下げるため、発電室１
内で上部付近の温度まで下がってしまい、軸方向で温度
分布がつき、このことで燃料電池スタック３の性能が低
下する。このことは、図５の温度−発電室内軸方向の特
性図から明らかである。また、図１では、天然ガス改質
用の水蒸気をボイラ等により作って供給する必要があ
る。
質触媒８を燃料供給室６内に設置するため、発電室１か
ら燃料排出室７を経て燃料供給室６に放熱される発熱分
の一部が天然ガスの水蒸気改質反応の吸熱分として使用
されている。このため、燃料ヘッダ９内の温度，つまり
上部管板４，下部管板５の温度が下がり、上記(1) ，
(2) の問題点については改善される。しかし、この技術
では、燃料ヘッダ９の温度を直接下げるため、発電室１
内で上部付近の温度まで下がってしまい、軸方向で温度
分布がつき、このことで燃料電池スタック３の性能が低
下する。このことは、図５の温度−発電室内軸方向の特
性図から明らかである。また、図１では、天然ガス改質
用の水蒸気をボイラ等により作って供給する必要があ
る。
【００１２】更に、図３で示される技術では、固体電解
質型燃料電池スタックに使用する燃料ガスを得るために
は天然ガスの水蒸気改質反応に使用する水蒸気改質触媒
31を燃料供給管10の内側に入れるため、スタックでの発
電反応により発生したＨ2 Ｏを利用することができず、
固体電解質型燃料電池モジュールとは別体で水蒸気改質
反応用の水蒸気（Ｈ2 Ｏ）を供給するためのボイラが必
要となる。
質型燃料電池スタックに使用する燃料ガスを得るために
は天然ガスの水蒸気改質反応に使用する水蒸気改質触媒
31を燃料供給管10の内側に入れるため、スタックでの発
電反応により発生したＨ2 Ｏを利用することができず、
固体電解質型燃料電池モジュールとは別体で水蒸気改質
反応用の水蒸気（Ｈ2 Ｏ）を供給するためのボイラが必
要となる。
【００１３】Ｈ2 ＋１／２Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ（スタックでの
反応（発電）） ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （メタンの水蒸気改質反
応） また、図１の技術よりも、図３の技術の方がよりスタッ
クに近い所で水蒸気改質反応を起こさせることができ、
スタックでの発電による発熱を利用するという点では、
温度分布がつきにくい方向に改善されているものの、燃
料供給管内面で極端にガス流速が早いため熱が伝わりに
くい。更に、組立上あるいは施工上燃料供給管10の内側
に水蒸気改質触媒を入れるのは困難であり、スタックへ
の燃料供給上悪影響を及ぼす可能性がある。
反応（発電）） ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （メタンの水蒸気改質反
応） また、図１の技術よりも、図３の技術の方がよりスタッ
クに近い所で水蒸気改質反応を起こさせることができ、
スタックでの発電による発熱を利用するという点では、
温度分布がつきにくい方向に改善されているものの、燃
料供給管内面で極端にガス流速が早いため熱が伝わりに
くい。更に、組立上あるいは施工上燃料供給管10の内側
に水蒸気改質触媒を入れるのは困難であり、スタックへ
の燃料供給上悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１４】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、発電室内の上部付近の極端な温度低下を無く
し、発電室の軸方向温度分布を小さくしてスタックの性
能を向上を成しえる固体電解質型燃料電池モジュールを
提供することを目的とする。
たもので、発電室内の上部付近の極端な温度低下を無く
し、発電室の軸方向温度分布を小さくしてスタックの性
能を向上を成しえる固体電解質型燃料電池モジュールを
提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この発明は、天然ガス等
のメタンを主成分とするガス、エタン，ブタン等の高次
の炭化水素ガス及びメタノール等のアルコール類を燃料
とする固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、この
燃料を水蒸気と反応させて水素と一酸化炭素に改質する
水蒸気改質触媒を発電質内の燃料供給管の外面に設置す
ることにより、燃料電池スタックの発電による発熱と水
蒸気を改質反応に利用することを特徴とする固体電解質
型燃料電池モジュールである。
のメタンを主成分とするガス、エタン，ブタン等の高次
の炭化水素ガス及びメタノール等のアルコール類を燃料
とする固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、この
燃料を水蒸気と反応させて水素と一酸化炭素に改質する
水蒸気改質触媒を発電質内の燃料供給管の外面に設置す
ることにより、燃料電池スタックの発電による発熱と水
蒸気を改質反応に利用することを特徴とする固体電解質
型燃料電池モジュールである。
【００１６】この発明においては、上述した手段によ
り、発電室内のスタックの内部で水蒸気改質反応が起こ
り、供給された炭化水素燃料が水蒸気と反応し、一部、
水素と一酸化炭素に変化した燃料ガスに改質される。こ
のときの反応は吸熱反応であり、反応熱は発電室内のス
タックの発電による発熱分で賄われる。
り、発電室内のスタックの内部で水蒸気改質反応が起こ
り、供給された炭化水素燃料が水蒸気と反応し、一部、
水素と一酸化炭素に変化した燃料ガスに改質される。こ
のときの反応は吸熱反応であり、反応熱は発電室内のス
タックの発電による発熱分で賄われる。
【００１７】これにより、発電室内の温度分布及び温度
上昇を抑えることができ、ひいては燃料ヘッダ部の上部
管板，下部管板の高温化も防止できる。つまり、スタッ
クの性能は維持しつつ、管板の厚肉化，もしくは高級材
料の使用が不必要となることで、軽量化及び低コスト化
も達成できる。また、発生熱を有効に利用する点では、
図２の従来技術に対して熱効率の改善もでき、システム
効率向上の面でも有効である。更に、スタックでの発電
による発熱をスタックに非常に近い所で水蒸気改質反応
に利用できる。ガス流速が流路が広い分熱を得やすい。
さらには、燃料供給管外面へのコーティングは施工容器
であり、スタックへの燃料供給を阻害する恐れもない。
上昇を抑えることができ、ひいては燃料ヘッダ部の上部
管板，下部管板の高温化も防止できる。つまり、スタッ
クの性能は維持しつつ、管板の厚肉化，もしくは高級材
料の使用が不必要となることで、軽量化及び低コスト化
も達成できる。また、発生熱を有効に利用する点では、
図２の従来技術に対して熱効率の改善もでき、システム
効率向上の面でも有効である。更に、スタックでの発電
による発熱をスタックに非常に近い所で水蒸気改質反応
に利用できる。ガス流速が流路が広い分熱を得やすい。
さらには、燃料供給管外面へのコーティングは施工容器
であり、スタックへの燃料供給を阻害する恐れもない。
【００１８】この発明によれば、図１の技術では、天然
ガス改質用の水蒸気をボイラなどにより作って供給する
必要があるのに対して、スタックで発電によりできる水
蒸気（Ｈ2 Ｏ）を改質反応にしようすることができるた
め、その分効率的なシステムとなる。 Ｈ2 ＋１／２Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ（スタックでの反応（発
電）） ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （メタンの水蒸気改質反
応）
ガス改質用の水蒸気をボイラなどにより作って供給する
必要があるのに対して、スタックで発電によりできる水
蒸気（Ｈ2 Ｏ）を改質反応にしようすることができるた
め、その分効率的なシステムとなる。 Ｈ2 ＋１／２Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ（スタックでの反応（発
電）） ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （メタンの水蒸気改質反
応）
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例を図４
を参照して説明する。図中の符番40は、容器41に設けら
れた発電室を示す。この発電室40には、内側に燃料極
（−極），外側に空気極（＋極）を配置した固体電解質
燃料電池を複数直列に接続してなる円筒型のスタック42
が鉛直状態に配置されている。このスタック42の下端は
閉鎖され、前記発電室40とは遮断されている。前記発電
室40の上方には、上部管板43，下部管板44を用いて前記
容器41が仕切られ、燃料供給室45，燃料排出室46となっ
ている。ここで、前記燃料供給室45及び燃料排出室46を
総称して燃料ヘッダ47と呼ぶ。前記燃料供給室45からは
上部管板43に支持され、両端が開放された燃料供給管48
が前記スタック42内部の軸心部に設置され、スタック42
の下端部まで伸びている。この燃料供給管48の外表面に
は、水蒸気改質触媒（例えば、Ｎｉ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｐｒ
等）49がコーティングされている。
を参照して説明する。図中の符番40は、容器41に設けら
れた発電室を示す。この発電室40には、内側に燃料極
（−極），外側に空気極（＋極）を配置した固体電解質
燃料電池を複数直列に接続してなる円筒型のスタック42
が鉛直状態に配置されている。このスタック42の下端は
閉鎖され、前記発電室40とは遮断されている。前記発電
室40の上方には、上部管板43，下部管板44を用いて前記
容器41が仕切られ、燃料供給室45，燃料排出室46となっ
ている。ここで、前記燃料供給室45及び燃料排出室46を
総称して燃料ヘッダ47と呼ぶ。前記燃料供給室45からは
上部管板43に支持され、両端が開放された燃料供給管48
が前記スタック42内部の軸心部に設置され、スタック42
の下端部まで伸びている。この燃料供給管48の外表面に
は、水蒸気改質触媒（例えば、Ｎｉ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｐｒ
等）49がコーティングされている。
【００２０】前記発電室40の底部には、該発電室40の下
方を区画する輻射変換体50が設けられている。また、前
記発電室40の下部には、輻射変換体50を突き抜けように
設けられた空気排出管51を介して空気熱交換器52が接続
されている。前記燃料供給室45には燃料導入管53が連通
され、前記燃料排出室54には燃料排出管53が連通されて
いる。前記発電室40の下部には空気導入管55が連通さ
れ、前記空気熱交換器52には空気排出管56が連通されて
いる。なお、図中の符番57は、固体電解質燃料電池モジ
ュール58の内部に配置された断熱材である。また、ＳＡ
は供給空気、ＥＡは排空気、ＳＦは燃料ガス、ＥＦは排
燃料、ＮＧは炭化水素燃料（天然ガス）、ＳＴは水蒸気
である。
方を区画する輻射変換体50が設けられている。また、前
記発電室40の下部には、輻射変換体50を突き抜けように
設けられた空気排出管51を介して空気熱交換器52が接続
されている。前記燃料供給室45には燃料導入管53が連通
され、前記燃料排出室54には燃料排出管53が連通されて
いる。前記発電室40の下部には空気導入管55が連通さ
れ、前記空気熱交換器52には空気排出管56が連通されて
いる。なお、図中の符番57は、固体電解質燃料電池モジ
ュール58の内部に配置された断熱材である。また、ＳＡ
は供給空気、ＥＡは排空気、ＳＦは燃料ガス、ＥＦは排
燃料、ＮＧは炭化水素燃料（天然ガス）、ＳＴは水蒸気
である。
【００２１】こうした構成の固体電解質型燃料電池モジ
ュールにおける作用は、次の通りである。即ち、外部か
らの天然ガスＮＧ（と必要に応じて若干の水蒸気）は、
燃料導入管53を通じて発電室40の上部に設置された燃料
供給室45に供給される。又、燃料供給室45に導入された
天然ガスＮＧは、燃料供給管48の内部を通してスタック
42の下端まで導かれ、ここでリターンフローとなってス
タック42の内部を燃料排出室46へ向って流れていく間に
燃料供給管48の外表面にコーティングされた水蒸気改質
触媒49により水蒸気（Ｈ2 Ｏ）と反応して、主成分であ
るメタンの一部が水素と一酸化炭素の燃料ガスに分解さ
れ、改質されながらスタックの発電に使用される。スタ
ックによる発電を示す式は次の通りである。
ュールにおける作用は、次の通りである。即ち、外部か
らの天然ガスＮＧ（と必要に応じて若干の水蒸気）は、
燃料導入管53を通じて発電室40の上部に設置された燃料
供給室45に供給される。又、燃料供給室45に導入された
天然ガスＮＧは、燃料供給管48の内部を通してスタック
42の下端まで導かれ、ここでリターンフローとなってス
タック42の内部を燃料排出室46へ向って流れていく間に
燃料供給管48の外表面にコーティングされた水蒸気改質
触媒49により水蒸気（Ｈ2 Ｏ）と反応して、主成分であ
るメタンの一部が水素と一酸化炭素の燃料ガスに分解さ
れ、改質されながらスタックの発電に使用される。スタ
ックによる発電を示す式は次の通りである。
【００２２】Ｈ2 ＋１／２Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ ＣＯ＋１／２Ｏ2 →ＣＯ2 このとき、スタック42の発電により発生する水蒸気と発
熱分、逐次スタック42内に導入された天然ガスＮＧ中の
主成分であるメタン（ＣＨ4 ）の水蒸気改質（吸熱反
応）に使用される。
熱分、逐次スタック42内に導入された天然ガスＮＧ中の
主成分であるメタン（ＣＨ4 ）の水蒸気改質（吸熱反
応）に使用される。
【００２３】ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 −Ｑ その後、スタック42の発電反応に使用されたガスは、ス
タック42の上端が開口した燃料排出室46へ集められ、燃
料排出室46中央の上端に連結された燃料排出管53より排
燃料ＥＦとして外部へ排出される。
タック42の上端が開口した燃料排出室46へ集められ、燃
料排出室46中央の上端に連結された燃料排出管53より排
燃料ＥＦとして外部へ排出される。
【００２４】一方、供給空気ＳＡは、発電室40の下部に
設置された空気熱交換器51により空気排出管50で発電室
40から導入された排空気ＥＡとの間で再生熱交換を行
い、予熱された後、発電室40の下方を区画する輻射変換
体50を通過して、さらに加熱されて発電室40内に供給さ
れ、発電に使用される。
設置された空気熱交換器51により空気排出管50で発電室
40から導入された排空気ＥＡとの間で再生熱交換を行
い、予熱された後、発電室40の下方を区画する輻射変換
体50を通過して、さらに加熱されて発電室40内に供給さ
れ、発電に使用される。
【００２５】発電反応により９００〜１０００℃に加熱
された排空気ＥＡは空気排出管51を通して空気熱交換器
52に送られ、前述の通り供給空気ＳＡと熱交換した後、
空気排出管56で外部へ排気される。発電室40内は９００
〜１０００℃の高温に保つ必要があり、発電室40全体は
断熱材57により保温される。
された排空気ＥＡは空気排出管51を通して空気熱交換器
52に送られ、前述の通り供給空気ＳＡと熱交換した後、
空気排出管56で外部へ排気される。発電室40内は９００
〜１０００℃の高温に保つ必要があり、発電室40全体は
断熱材57により保温される。
【００２６】なお、燃料ヘッダ47の下部管板44は、固体
電解質燃料電池スタック42を支持すると同時に排燃料Ｓ
Ｅと発電室40内の供給空気ＳＡ，もしくは排空気ＥＡが
混合燃焼するのを防止している。また、上部管板45は燃
料供給管48を支持すると共に燃料供給室45と燃料排出室
46との隔壁となっている。
電解質燃料電池スタック42を支持すると同時に排燃料Ｓ
Ｅと発電室40内の供給空気ＳＡ，もしくは排空気ＥＡが
混合燃焼するのを防止している。また、上部管板45は燃
料供給管48を支持すると共に燃料供給室45と燃料排出室
46との隔壁となっている。
【００２７】このような固体電解質型燃料電池モジュー
ル58において、発電において発生する発電分と水蒸気を
利用して天然ガスＮＧを部分改質してスタック42の燃料
極（−極）において、カーボンを析出することなく内部
改質発電を行わせることができる。
ル58において、発電において発生する発電分と水蒸気を
利用して天然ガスＮＧを部分改質してスタック42の燃料
極（−極）において、カーボンを析出することなく内部
改質発電を行わせることができる。
【００２８】上記実施例に係る固体電解質型燃料電池モ
ジュールによれば、次の効果が得られる。 (1) 高温の固体電解質型燃料電池モジュール58の発電室
40内に水蒸気改質触媒49が設置されているため、メタン
を主成分とする天然ガスなどの炭化水素燃料を固体電解
質燃料電池の燃料ガスに改質するため別体で設置される
改質装置の設置が不要となる。また、発電室40での発生
熱（スタックでの発熱）を利用して水蒸気改質反応を起
こすことが可能で、改質用の燃料や排燃料の燃焼ガスに
よる加熱が不要であり、システムを熱効率を向上でき
る。
ジュールによれば、次の効果が得られる。 (1) 高温の固体電解質型燃料電池モジュール58の発電室
40内に水蒸気改質触媒49が設置されているため、メタン
を主成分とする天然ガスなどの炭化水素燃料を固体電解
質燃料電池の燃料ガスに改質するため別体で設置される
改質装置の設置が不要となる。また、発電室40での発生
熱（スタックでの発熱）を利用して水蒸気改質反応を起
こすことが可能で、改質用の燃料や排燃料の燃焼ガスに
よる加熱が不要であり、システムを熱効率を向上でき
る。
【００２９】(2) 水蒸気改質反応の吸熱により、若干燃
料ヘッダ部の温度を下げることができ、高温時におい
て、管板強度維持に必要であった肉厚が低減でき、ある
いは材料の低級化を図ることができる。
料ヘッダ部の温度を下げることができ、高温時におい
て、管板強度維持に必要であった肉厚が低減でき、ある
いは材料の低級化を図ることができる。
【００３０】(3) 発電室40内のスタック42での発電によ
り発生する水蒸気を改質反応に使用することができ、外
部から水蒸気を投入する必要がなくなるか、あるいは投
入水蒸気量を極端に少なくすることができ、ボイラなど
による水蒸気発生の系統をなくせるか、極端に小形化す
ることができ、システムとしてコンパクト化とシステム
効率の向上が図れる。
り発生する水蒸気を改質反応に使用することができ、外
部から水蒸気を投入する必要がなくなるか、あるいは投
入水蒸気量を極端に少なくすることができ、ボイラなど
による水蒸気発生の系統をなくせるか、極端に小形化す
ることができ、システムとしてコンパクト化とシステム
効率の向上が図れる。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
発電室内の上部付近の極端な温度低下を無くし、発電室
の軸方向温度分布を小さくしてスタックの性能を向上を
成しえる固体電解質型燃料電池モジュールを提供でき
る。
発電室内の上部付近の極端な温度低下を無くし、発電室
の軸方向温度分布を小さくしてスタックの性能を向上を
成しえる固体電解質型燃料電池モジュールを提供でき
る。
【図１】従来の固体電解質型燃料電池モジュールの説明
図。
図。
【図２】従来のその他の固体電解質型燃料電池モジュー
ルの説明図。
ルの説明図。
【図３】従来のその他の固体電解質型燃料電池モジュー
ルの説明図。
ルの説明図。
【図４】この発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電
池モジュールの説明図。
池モジュールの説明図。
【図５】従来の固体電解質型燃料電池モジュールに係る
温度−発電室内軸方向の特性図。
温度−発電室内軸方向の特性図。
40…発電室、 41…容器、42…スタック、
43…上部管板、44…下部管板、 45
…燃料供給室、46…燃料排出室、 47…燃料ヘッ
ダ、48…燃料供給管、 49…水蒸気改質触媒、50
…輻射変換体、 51…空気排出管、52…空気熱交
換器、 53…燃料供給管、54…燃料排出管、
55…空気導入管、56…空気排出管。
43…上部管板、44…下部管板、 45
…燃料供給室、46…燃料排出室、 47…燃料ヘッ
ダ、48…燃料供給管、 49…水蒸気改質触媒、50
…輻射変換体、 51…空気排出管、52…空気熱交
換器、 53…燃料供給管、54…燃料排出管、
55…空気導入管、56…空気排出管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 晃弘 長崎県長崎市深堀町５丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 天然ガス等のメタンを主成分とするガ
ス、エタン，ブタン等の高次の炭化水素ガス及びメタノ
ール等のアルコール類を燃料とする固体電解質型燃料電
池モジュールにおいて、この燃料を水蒸気と反応させて
水素と一酸化炭素に改質する水蒸気改質触媒を発電室内
の燃料供給管の外面に設置することにより、燃料電池ス
タックの発電による発熱と水蒸気を改質反応に利用する
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28172595A JP3364069B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 固体電解質型燃料電池モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28172595A JP3364069B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 固体電解質型燃料電池モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09129256A true JPH09129256A (ja) | 1997-05-16 |
| JP3364069B2 JP3364069B2 (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=17643118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28172595A Expired - Fee Related JP3364069B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 固体電解質型燃料電池モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3364069B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002280050A (ja) * | 2001-03-21 | 2002-09-27 | Toto Ltd | 燃料電池発電装置 |
| JP2003086226A (ja) * | 2001-09-12 | 2003-03-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池システム |
| JP2003317785A (ja) * | 2002-04-26 | 2003-11-07 | Nissan Motor Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JP2006114394A (ja) * | 2004-10-15 | 2006-04-27 | Tokyo Gas Co Ltd | 発電装置 |
| JP2007227390A (ja) * | 2000-12-28 | 2007-09-06 | Mitsubishi Materials Corp | ハイブリッド動力システム |
| JP2009110970A (ja) * | 2003-02-25 | 2009-05-21 | Kyocera Corp | 燃料電池 |
| US7749465B2 (en) | 2003-07-26 | 2010-07-06 | Rolls-Royce Plc | Reformer module |
| JP2012174543A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物形燃料電池及びそれを用いた固体酸化物形燃料電池の温度分布調整方法 |
| US8309272B2 (en) | 2006-03-23 | 2012-11-13 | Tokyo Institute Of Technology | Solid oxide cell |
| WO2019189845A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | 大阪瓦斯株式会社 | 燃料電池単セルユニット、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 |
-
1995
- 1995-10-30 JP JP28172595A patent/JP3364069B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2007227390A (ja) * | 2000-12-28 | 2007-09-06 | Mitsubishi Materials Corp | ハイブリッド動力システム |
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| JP4645876B2 (ja) * | 2002-04-26 | 2011-03-09 | 日産自動車株式会社 | 固体電解質型燃料電池 |
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| US7749465B2 (en) | 2003-07-26 | 2010-07-06 | Rolls-Royce Plc | Reformer module |
| US8043576B2 (en) | 2003-07-26 | 2011-10-25 | Rolls-Royce Plc | Reformer module |
| JP2006114394A (ja) * | 2004-10-15 | 2006-04-27 | Tokyo Gas Co Ltd | 発電装置 |
| US8309272B2 (en) | 2006-03-23 | 2012-11-13 | Tokyo Institute Of Technology | Solid oxide cell |
| JP2012174543A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物形燃料電池及びそれを用いた固体酸化物形燃料電池の温度分布調整方法 |
| WO2019189845A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | 大阪瓦斯株式会社 | 燃料電池単セルユニット、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3364069B2 (ja) | 2003-01-08 |
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