JPH10106605A - 燃料電池発電システム及びその運転方法 - Google Patents
燃料電池発電システム及びその運転方法Info
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- JPH10106605A JPH10106605A JP8252746A JP25274696A JPH10106605A JP H10106605 A JPH10106605 A JP H10106605A JP 8252746 A JP8252746 A JP 8252746A JP 25274696 A JP25274696 A JP 25274696A JP H10106605 A JPH10106605 A JP H10106605A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡素なシステム構成で信頼性且つ冷却性能に
優れ、高出力密度運転が可能な燃料電池発電システムを
得ることを目的とする。 【解決手段】 少なくとも２個以上の内部改質型の燃料
電池装置（１）を、メタン化反応器（９）を介して燃料
ガスの流れ方向に直列関係に接続し、燃料電池装置１台
当たりに供給される燃料ガス流量を電池冷却に十分な量
とするとともに、高価な燃料ガス用の高温循環ブロワや
高温配管を不要とした。さらに、メタン化反応器の働き
により燃料ガスを冷却用ガスとして繰り返し使用可能と
した。高価な燃料ガス循環用のブロワを用いることな
く、内部改質冷却により、電池の冷却性能を大幅に改善
することができる。
優れ、高出力密度運転が可能な燃料電池発電システムを
得ることを目的とする。 【解決手段】 少なくとも２個以上の内部改質型の燃料
電池装置（１）を、メタン化反応器（９）を介して燃料
ガスの流れ方向に直列関係に接続し、燃料電池装置１台
当たりに供給される燃料ガス流量を電池冷却に十分な量
とするとともに、高価な燃料ガス用の高温循環ブロワや
高温配管を不要とした。さらに、メタン化反応器の働き
により燃料ガスを冷却用ガスとして繰り返し使用可能と
した。高価な燃料ガス循環用のブロワを用いることな
く、内部改質冷却により、電池の冷却性能を大幅に改善
することができる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池装置を
用いた発電システム及びその運転方法に関し、特に燃料
電池装置の冷却方式を改善することにより発電システム
を簡素化し、信頼性を向上し、且つ高出力密度運転を可
能にする技術に関するものである。
用いた発電システム及びその運転方法に関し、特に燃料
電池装置の冷却方式を改善することにより発電システム
を簡素化し、信頼性を向上し、且つ高出力密度運転を可
能にする技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、特開平４−７９１６６号公報に
示された燃料電池発電システムにおいて、燃料電池装置
とこの燃料電池装置の温度制御を行うための周辺装置の
概要を示すシステム構成図である。図５において、
（１）は燃料電池装置であり、（２）は燃料電池装置
（１）の主要部となる積層体構造の燃料電池部で、燃料
ガス電極と酸化ガス電極（図示せず）を有する燃料電池
単体（３）、燃料ガス電極に燃料ガス（Ａ）を供給する
燃料ガス流路（４）、酸化ガス電極に酸化ガス（Ｂ）を
供給する酸化ガス流路（５）を主要な構成要素として形
成される。（６）は燃料電池部（２）に隣接することに
より熱的に結合して設けられる改質反応部である。一例
として、燃料電池装置（１）は、平板状の燃料電池部
（２）と、同じく平板状の改質反応部（６）とを交互に
積層した構造を有する。
示された燃料電池発電システムにおいて、燃料電池装置
とこの燃料電池装置の温度制御を行うための周辺装置の
概要を示すシステム構成図である。図５において、
（１）は燃料電池装置であり、（２）は燃料電池装置
（１）の主要部となる積層体構造の燃料電池部で、燃料
ガス電極と酸化ガス電極（図示せず）を有する燃料電池
単体（３）、燃料ガス電極に燃料ガス（Ａ）を供給する
燃料ガス流路（４）、酸化ガス電極に酸化ガス（Ｂ）を
供給する酸化ガス流路（５）を主要な構成要素として形
成される。（６）は燃料電池部（２）に隣接することに
より熱的に結合して設けられる改質反応部である。一例
として、燃料電池装置（１）は、平板状の燃料電池部
（２）と、同じく平板状の改質反応部（６）とを交互に
積層した構造を有する。
【０００３】（７）は燃料電池発電システムから排出さ
れる排ガス（Ｃ）より動力回収を行い、外部より空気
（Ｄ）を昇圧して供給する空気供給装置、（８）は燃料
電池装置（１）の温度制御を行うため、炭化水素を含む
改質ガスを循環させる循環ブロワ、（９）は循環ブロワ
（８）により循環される改質ガス中の水素、一酸化炭
素、二酸化炭素をメタン化するメタン化反応器である。
れる排ガス（Ｃ）より動力回収を行い、外部より空気
（Ｄ）を昇圧して供給する空気供給装置、（８）は燃料
電池装置（１）の温度制御を行うため、炭化水素を含む
改質ガスを循環させる循環ブロワ、（９）は循環ブロワ
（８）により循環される改質ガス中の水素、一酸化炭
素、二酸化炭素をメタン化するメタン化反応器である。
【０００４】次に、この従来例の動作について説明す
る。燃料電池装置（１）の定常負荷動作時においては、
燃料電池部（２）において、例えば出力電力のおよそ３
０〜７０％に相当する余剰の熱量を生成するため、それ
らの余剰熱を効率よく除去してやる必要がある。図５に
示す従来例では、内側に改質触媒を保持した改質反応部
（６）に炭化水素またはアルコール類及びスチームを含
む改質反応ガスを導入し、この改質反応部（６）におい
て吸熱反応である改質反応を進行させることにより燃料
電池部（２）の冷却を行う。ここで燃料電池装置（１）
は、例えば、平板状の燃料電池が数個積層された燃料電
池部（２）と、同じく平板状の改質反応部（６）とが交
互に複数積層された積層構造を有している。このとき燃
料電池が溶融炭酸塩型の燃料電池である場合には、改質
反応部（６）において、一般的な動作温度である６００
〜７００℃の温度で次式（１）〜（３）に示す改質反応
が右向きに進行する。
る。燃料電池装置（１）の定常負荷動作時においては、
燃料電池部（２）において、例えば出力電力のおよそ３
０〜７０％に相当する余剰の熱量を生成するため、それ
らの余剰熱を効率よく除去してやる必要がある。図５に
示す従来例では、内側に改質触媒を保持した改質反応部
（６）に炭化水素またはアルコール類及びスチームを含
む改質反応ガスを導入し、この改質反応部（６）におい
て吸熱反応である改質反応を進行させることにより燃料
電池部（２）の冷却を行う。ここで燃料電池装置（１）
は、例えば、平板状の燃料電池が数個積層された燃料電
池部（２）と、同じく平板状の改質反応部（６）とが交
互に複数積層された積層構造を有している。このとき燃
料電池が溶融炭酸塩型の燃料電池である場合には、改質
反応部（６）において、一般的な動作温度である６００
〜７００℃の温度で次式（１）〜（３）に示す改質反応
が右向きに進行する。
【０００５】 ＣnＨm＋ｎＨ2Ｏ → ｎＣＯ＋（２ｎ＋ｍ）／２＊Ｈ2 （１） アルコール＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ，ＣＯ2，Ｈ2 （２） ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ＋３Ｈ2 （３） 上記（１）〜（３）に示す改質反応により生成された水
素、一酸化炭素、二酸化炭素を主要な成分とする改質ガ
スは、循環ブロワ（８）の働きによりメタン化反応器
（９）に供給される。ここで、メタン化反応器（９）
は、通常、内部にメタン化触媒を有する熱交換器タイプ
の反応器で、メタン化触媒が改質ガス（Ｆ）と接触可能
な状態で保持されている反応側空間と、その反応側空間
と熱交換関係にあり冷媒（Ｇ）が流通する冷却側空間と
で構成されている。本従来例では、メタン化反応器
（９）は、改質反応部（６）の動作温度（６００〜７０
０℃）よりも低い動作温度（例えば２５０〜５００℃程
度）で動作される。
素、一酸化炭素、二酸化炭素を主要な成分とする改質ガ
スは、循環ブロワ（８）の働きによりメタン化反応器
（９）に供給される。ここで、メタン化反応器（９）
は、通常、内部にメタン化触媒を有する熱交換器タイプ
の反応器で、メタン化触媒が改質ガス（Ｆ）と接触可能
な状態で保持されている反応側空間と、その反応側空間
と熱交換関係にあり冷媒（Ｇ）が流通する冷却側空間と
で構成されている。本従来例では、メタン化反応器
（９）は、改質反応部（６）の動作温度（６００〜７０
０℃）よりも低い動作温度（例えば２５０〜５００℃程
度）で動作される。
【０００６】ここで、式（３）に示したメタンの改質反
応は可逆反応であり、動作温度が低くなるに従って、式
（３）において左向きのメタン生成反応（メタン化反
応）が進行し、同時に反応熱を排出する傾向を持つ。即
ち、燃料電池部（２）において電池反応に伴い生成した
反応熱は、改質反応部（６）の働きにより反応ガス中の
炭化水素（メタン）の改質反応（吸熱反応）の進行によ
り燃料電池装置（１）の外部に排出される。外部に排出
された燃料電池の排熱は、メタン化反応器（９）におい
て反応ガス（Ｆ）のメタン化反応（発熱反応）の進行に
より、メタン化反応器（９）の冷却側を流通する冷媒
（Ｇ）に排出される。
応は可逆反応であり、動作温度が低くなるに従って、式
（３）において左向きのメタン生成反応（メタン化反
応）が進行し、同時に反応熱を排出する傾向を持つ。即
ち、燃料電池部（２）において電池反応に伴い生成した
反応熱は、改質反応部（６）の働きにより反応ガス中の
炭化水素（メタン）の改質反応（吸熱反応）の進行によ
り燃料電池装置（１）の外部に排出される。外部に排出
された燃料電池の排熱は、メタン化反応器（９）におい
て反応ガス（Ｆ）のメタン化反応（発熱反応）の進行に
より、メタン化反応器（９）の冷却側を流通する冷媒
（Ｇ）に排出される。
【０００７】このように上記従来例では、改質ガス
（Ｆ）を改質反応部（６）及びメタン化反応器（９）の
間で循環させ、改質反応部（６）では吸熱反応、メタン
化反応器（９）では発熱反応させることにより燃料電池
部（２）の冷却が行われる。
（Ｆ）を改質反応部（６）及びメタン化反応器（９）の
間で循環させ、改質反応部（６）では吸熱反応、メタン
化反応器（９）では発熱反応させることにより燃料電池
部（２）の冷却が行われる。
【０００８】６００〜７００℃程度の高温度で動作する
溶融炭酸塩型燃料電池の積層体の冷却は、冷却として効
率的な液体冷却または沸騰冷却の適用が難しく、反応ガ
ス例えば酸化ガスを用いたガス冷却が元来一般的であっ
た。ガス冷却を行う場合、冷却ガスの流れ方向に大きな
温度分布（例えば１００℃程度）が生じたり、冷却ガス
の循環に大きな補機動力を必要としたり、また酸化ガス
電極に隣接する酸化ガス流路を多量の酸化ガスが流通し
て圧力損失が大きくなり、燃料電池において燃料ガス側
と酸化ガス側の差圧が増大してクロスリークの危険が増
大したり、あるいは大きな流路断面積を有する酸化ガス
流路を必要とする等、発電システムの効率、燃料電池装
置の性能、運転性の面で問題があった。このことは特
に、燃料電池の高出力密度運転化、即ち燃料電池を高電
流密度の状態（例えば電流密度：２００〜３００ｍＡ／
ｃｍ2）で連続発電する際、大きな制約であった。
溶融炭酸塩型燃料電池の積層体の冷却は、冷却として効
率的な液体冷却または沸騰冷却の適用が難しく、反応ガ
ス例えば酸化ガスを用いたガス冷却が元来一般的であっ
た。ガス冷却を行う場合、冷却ガスの流れ方向に大きな
温度分布（例えば１００℃程度）が生じたり、冷却ガス
の循環に大きな補機動力を必要としたり、また酸化ガス
電極に隣接する酸化ガス流路を多量の酸化ガスが流通し
て圧力損失が大きくなり、燃料電池において燃料ガス側
と酸化ガス側の差圧が増大してクロスリークの危険が増
大したり、あるいは大きな流路断面積を有する酸化ガス
流路を必要とする等、発電システムの効率、燃料電池装
置の性能、運転性の面で問題があった。このことは特
に、燃料電池の高出力密度運転化、即ち燃料電池を高電
流密度の状態（例えば電流密度：２００〜３００ｍＡ／
ｃｍ2）で連続発電する際、大きな制約であった。
【０００９】図５に示す従来例はそのような問題点を解
消するためになされたものである。即ち、図５に示す従
来例では、改質反応熱による冷却を行うため、単位ガス
量当たりの熱の持ち去り量が単純なガス冷却に比べて１
００〜１５０倍程度大きく、逆に少量の冷却ガス流量で
スタックの冷却が可能であった。さらには、冷却ガスの
顕熱による冷却とは異なり改質ガスの反応熱による冷却
であるため、原理的には燃料電池全面において均一の温
度状態での冷却が可能であり、高電流密度運転において
も、均一な温度分布でホットスポット生成等の問題の無
い、安定な運転が可能になった。
消するためになされたものである。即ち、図５に示す従
来例では、改質反応熱による冷却を行うため、単位ガス
量当たりの熱の持ち去り量が単純なガス冷却に比べて１
００〜１５０倍程度大きく、逆に少量の冷却ガス流量で
スタックの冷却が可能であった。さらには、冷却ガスの
顕熱による冷却とは異なり改質ガスの反応熱による冷却
であるため、原理的には燃料電池全面において均一の温
度状態での冷却が可能であり、高電流密度運転において
も、均一な温度分布でホットスポット生成等の問題の無
い、安定な運転が可能になった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
発電システムは以上のように構成されているので、高温
の可燃性の湿りガスである改質ガスを燃料電池積層体を
冷却する冷媒として循環ブロワ（８）を介して循環路を
循環させる必要がある。このため、循環ブロワ（８）の
駆動部のガスシールが難しく、また、その結果高価な循
環ブロワ（８）が必要になる等、実施面で技術的な問題
点がある。また改質ガスの循環に依然として補機動力が
必要になる。さらには、燃料電池からの取り出し配管と
して、電池反応に関わる燃料ガス及び酸化ガス用の配管
以外に、冷媒である改質ガス用の配管も必要となる。こ
の結果、配管数が増えると同時に、配管からの放熱量も
増大するという問題点もある。
発電システムは以上のように構成されているので、高温
の可燃性の湿りガスである改質ガスを燃料電池積層体を
冷却する冷媒として循環ブロワ（８）を介して循環路を
循環させる必要がある。このため、循環ブロワ（８）の
駆動部のガスシールが難しく、また、その結果高価な循
環ブロワ（８）が必要になる等、実施面で技術的な問題
点がある。また改質ガスの循環に依然として補機動力が
必要になる。さらには、燃料電池からの取り出し配管と
して、電池反応に関わる燃料ガス及び酸化ガス用の配管
以外に、冷媒である改質ガス用の配管も必要となる。こ
の結果、配管数が増えると同時に、配管からの放熱量も
増大するという問題点もある。
【００１１】このように、冷却系を構成するのに高価な
高温の循環機器や高温配管が必要になると同時に、補機
動力を必要とし、且つ配管からの放熱量も増大する等、
発電システムのコスト、発電効率、信頼性の点で問題が
あった。
高温の循環機器や高温配管が必要になると同時に、補機
動力を必要とし、且つ配管からの放熱量も増大する等、
発電システムのコスト、発電効率、信頼性の点で問題が
あった。
【００１２】本発明は、上述したような問題点を解消す
るためになされたもので、高温部での燃料ガスの循環ブ
ロワや冷媒用燃料ガスの余分な配管が不要な、低コスト
で信頼性及び発電効率の高い、運転性に優れた燃料電池
発電システムを得ることを目的とする。
るためになされたもので、高温部での燃料ガスの循環ブ
ロワや冷媒用燃料ガスの余分な配管が不要な、低コスト
で信頼性及び発電効率の高い、運転性に優れた燃料電池
発電システムを得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る燃
料電池発電システムは、少なくとも２個以上の内部改質
型の燃料電池装置をメタン化反応器を介して燃料ガスの
流れ方向に直列関係に接続するよう構成したものであ
る。
料電池発電システムは、少なくとも２個以上の内部改質
型の燃料電池装置をメタン化反応器を介して燃料ガスの
流れ方向に直列関係に接続するよう構成したものであ
る。
【００１４】このような構成によれば、複数の内部改質
型の燃料電池装置を燃料ガスの流れ方向に直列に接続し
たので、燃料電池の反応ガス兼燃料電池の冷却ガスであ
る燃料ガスを、燃料電池装置の必要除熱量に見合うだけ
十分に供給することができる。また、燃料電池装置の間
に設けられたメタン化反応器は、上流側燃料電池装置か
ら排出された改質反応済みの燃料ガスをメタン化反応器
においてメタン化し、メタンを含む冷却能力を有する燃
料ガスとして再生する。これにより、燃料ガスを反応用
及び冷却用の燃料ガスとして繰り返し有効に利用するこ
とができる。
型の燃料電池装置を燃料ガスの流れ方向に直列に接続し
たので、燃料電池の反応ガス兼燃料電池の冷却ガスであ
る燃料ガスを、燃料電池装置の必要除熱量に見合うだけ
十分に供給することができる。また、燃料電池装置の間
に設けられたメタン化反応器は、上流側燃料電池装置か
ら排出された改質反応済みの燃料ガスをメタン化反応器
においてメタン化し、メタンを含む冷却能力を有する燃
料ガスとして再生する。これにより、燃料ガスを反応用
及び冷却用の燃料ガスとして繰り返し有効に利用するこ
とができる。
【００１５】請求項２の発明に係る燃料電池発電システ
ムは、少なくとも２個以上の内部改質型の燃料電池装置
をメタン化反応器を介して燃料ガスの流れ方向に直列関
係に接続するよう構成するとともに、前記内部改質型の
燃料電池装置は、複数の燃料電池よりなる燃料電池部
と、前記燃料電池部と熱的に結合して設けられた改質反
応部とを有し、且つ、外部より燃料電池装置に供給され
た燃料ガスは前記改質反応部に供給された後、燃料電池
部の燃料ガス電極に導かれるよう構成したものである。
ムは、少なくとも２個以上の内部改質型の燃料電池装置
をメタン化反応器を介して燃料ガスの流れ方向に直列関
係に接続するよう構成するとともに、前記内部改質型の
燃料電池装置は、複数の燃料電池よりなる燃料電池部
と、前記燃料電池部と熱的に結合して設けられた改質反
応部とを有し、且つ、外部より燃料電池装置に供給され
た燃料ガスは前記改質反応部に供給された後、燃料電池
部の燃料ガス電極に導かれるよう構成したものである。
【００１６】このような構成によれば、複数の内部改質
型の燃料電池装置をメタン化反応器を介して燃料ガスの
流れ方向に直列に接続するとともに、前記内部改質型の
燃料電池装置は、燃料電池部と改質反応部とが燃料電池
装置内において分離して設けられた構造であるため、本
システム構成及びメタン化反応器は、燃料ガスを反応用
及び冷却用の燃料ガスとして繰り返し有効に利用するこ
とができるよう作用する。また、改質反応部は、燃料電
池部の冷却器として動作温度の均一化、高温部生成の抑
制に効果的に機能する。
型の燃料電池装置をメタン化反応器を介して燃料ガスの
流れ方向に直列に接続するとともに、前記内部改質型の
燃料電池装置は、燃料電池部と改質反応部とが燃料電池
装置内において分離して設けられた構造であるため、本
システム構成及びメタン化反応器は、燃料ガスを反応用
及び冷却用の燃料ガスとして繰り返し有効に利用するこ
とができるよう作用する。また、改質反応部は、燃料電
池部の冷却器として動作温度の均一化、高温部生成の抑
制に効果的に機能する。
【００１７】請求項３の発明に係る燃料電池発電システ
ムは、燃料ガスの流れ方向で最も上流側に位置する燃料
電池装置の燃料ガス側の上流側にメタン化反応器を別途
設けるようにしたものである。
ムは、燃料ガスの流れ方向で最も上流側に位置する燃料
電池装置の燃料ガス側の上流側にメタン化反応器を別途
設けるようにしたものである。
【００１８】このような構成によれば、燃料ガスの流れ
方向で最も上流側に位置する燃料電池装置の燃料ガス側
の上流側にさらに設けたメタン化反応器は、燃料ガスの
メタン化反応を必要に応じて進行させることを可能に
し、上流側の燃料電池装置における改質反応による冷却
量を調節することを可能にする。また、特に原燃料中の
高級炭化水素の予備改質により炭素析出の危険性を軽減
し、さらには後流の内部改質型燃料電池装置の改質触媒
の硫黄被毒の危険性を軽減する。
方向で最も上流側に位置する燃料電池装置の燃料ガス側
の上流側にさらに設けたメタン化反応器は、燃料ガスの
メタン化反応を必要に応じて進行させることを可能に
し、上流側の燃料電池装置における改質反応による冷却
量を調節することを可能にする。また、特に原燃料中の
高級炭化水素の予備改質により炭素析出の危険性を軽減
し、さらには後流の内部改質型燃料電池装置の改質触媒
の硫黄被毒の危険性を軽減する。
【００１９】請求項４の発明に係る燃料電池発電システ
ムは、燃料ガスの一部が必要に応じて燃料電池をバイパ
スするようバイパス配管を設けたものである。
ムは、燃料ガスの一部が必要に応じて燃料電池をバイパ
スするようバイパス配管を設けたものである。
【００２０】このような構成によれば、前記バイパス配
管は、燃料ガスの一部を必要に応じて流量調節可能な状
態で燃料電池をバイパスできるようにして、燃料電池装
置における改質反応による冷却熱量を容易に調節できる
ようにする。
管は、燃料ガスの一部を必要に応じて流量調節可能な状
態で燃料電池をバイパスできるようにして、燃料電池装
置における改質反応による冷却熱量を容易に調節できる
ようにする。
【００２１】請求項５の発明に係る燃料電池発電システ
ムは、少なくとも２個以上の燃料電池装置をメタン化改
質器を介して改質ガスの流れ方向に直列関係に接続する
とともに、最も下流側に位置する改質反応部から排出さ
れた改質ガスを燃料電池部の燃料ガスとして供給するよ
う構成したものである。
ムは、少なくとも２個以上の燃料電池装置をメタン化改
質器を介して改質ガスの流れ方向に直列関係に接続する
とともに、最も下流側に位置する改質反応部から排出さ
れた改質ガスを燃料電池部の燃料ガスとして供給するよ
う構成したものである。
【００２２】このような構成によれば、直列に接続され
た複数の改質反応部及び改質反応部の間に設けられたメ
タン化反応器は、効率的な改質反応冷却を行えるよう機
能するとともに、循環ブロワを用いることなく、改質ガ
スを冷却ガスとして複数の燃料電池装置において繰り返
し有効利用することができるよう機能する。また、本発
明では、改質ガスは冷却ガスとしての役割を終了するま
で電池反応とは無縁となるようシステム構成されている
ので、本発明によるシステム構成は、改質ガスの原子数
レベルでの組成変化が無く、改質ガスを用いた燃料電池
装置の冷却が容易且つ信頼性高く行えるよう機能する。
さらには、最下流に位置する改質反応部から排出された
改質ガスは燃料電池部に導かれ、冷却用の改質ガスが燃
料ガスとしても有効に利用できる。
た複数の改質反応部及び改質反応部の間に設けられたメ
タン化反応器は、効率的な改質反応冷却を行えるよう機
能するとともに、循環ブロワを用いることなく、改質ガ
スを冷却ガスとして複数の燃料電池装置において繰り返
し有効利用することができるよう機能する。また、本発
明では、改質ガスは冷却ガスとしての役割を終了するま
で電池反応とは無縁となるようシステム構成されている
ので、本発明によるシステム構成は、改質ガスの原子数
レベルでの組成変化が無く、改質ガスを用いた燃料電池
装置の冷却が容易且つ信頼性高く行えるよう機能する。
さらには、最下流に位置する改質反応部から排出された
改質ガスは燃料電池部に導かれ、冷却用の改質ガスが燃
料ガスとしても有効に利用できる。
【００２３】請求項６の発明に係る燃料電池発電システ
ムは、燃料電池装置を平板状の改質反応部と平板状の燃
料電池部とを交互に積層した積層体として構成するとと
もに、複数の改質反応部を改質ガスの流れ方向の上、下
流位置に基づきグループ化し、且つ改質反応部を介して
隣接する改質反応部は互いに異なるグループの改質反応
部となるよう積層体内に配置することにより、２個以上
の燃料電池装置を一体構造の燃料電池装置としたもので
ある。
ムは、燃料電池装置を平板状の改質反応部と平板状の燃
料電池部とを交互に積層した積層体として構成するとと
もに、複数の改質反応部を改質ガスの流れ方向の上、下
流位置に基づきグループ化し、且つ改質反応部を介して
隣接する改質反応部は互いに異なるグループの改質反応
部となるよう積層体内に配置することにより、２個以上
の燃料電池装置を一体構造の燃料電池装置としたもので
ある。
【００２４】このような構成によれば、一体化構造であ
る燃料電池装置は高温のガス配管の所要長さを軽減し、
その結果放熱量も軽減する。さらには、上、下流側とい
う燃料電池装置の区分けを不要にして、運転制御を簡略
化する。
る燃料電池装置は高温のガス配管の所要長さを軽減し、
その結果放熱量も軽減する。さらには、上、下流側とい
う燃料電池装置の区分けを不要にして、運転制御を簡略
化する。
【００２５】請求項７の発明に係る燃料電池発電システ
ムは、改質ガスの流れ方向で最も上流側に位置する燃料
電池装置の改質反応部の上流側にメタン化反応器を別途
設けるようにしたものである。
ムは、改質ガスの流れ方向で最も上流側に位置する燃料
電池装置の改質反応部の上流側にメタン化反応器を別途
設けるようにしたものである。
【００２６】このような構成により、燃料ガスの流れ方
向で最も上流側に位置する燃料電池装置の燃料ガス側の
上流側にさらに設けたメタン化反応器は、改質ガスのメ
タン化反応を必要に応じて進行させることを可能にし
て、上流側の燃料電池装置における改質反応による冷却
量を調節可能にする。また、特に原燃料中の高級炭化水
素の予備改質により炭素析出の危険性を軽減し、さらに
は後流の改質反応部の改質触媒の硫黄被毒の危険性を軽
減する。
向で最も上流側に位置する燃料電池装置の燃料ガス側の
上流側にさらに設けたメタン化反応器は、改質ガスのメ
タン化反応を必要に応じて進行させることを可能にし
て、上流側の燃料電池装置における改質反応による冷却
量を調節可能にする。また、特に原燃料中の高級炭化水
素の予備改質により炭素析出の危険性を軽減し、さらに
は後流の改質反応部の改質触媒の硫黄被毒の危険性を軽
減する。
【００２７】請求項８の発明に係る燃料電池発電システ
ムは、メタン化反応器を熱交換器型反応器とするととも
に、メタン化反応に伴う反応熱を燃料電池発電システム
内で有効に利用するよう構成したものである。
ムは、メタン化反応器を熱交換器型反応器とするととも
に、メタン化反応に伴う反応熱を燃料電池発電システム
内で有効に利用するよう構成したものである。
【００２８】このような構成により、熱交換器型のメタ
ン化反応器は、該メタン化反応器の冷却側空間でメタン
生成熱の回収を効率よく行えるようにするとともに、同
生成熱の燃料電池発電システム内における有効利用を可
能にする。
ン化反応器は、該メタン化反応器の冷却側空間でメタン
生成熱の回収を効率よく行えるようにするとともに、同
生成熱の燃料電池発電システム内における有効利用を可
能にする。
【００２９】請求項９の発明に係る燃料電池発電システ
ムは、燃料ガスの一部が必要に応じて改質反応部または
改質反応部とそれに続くメタン化反応器とをバイパスす
るようバイパス配管を設けたものである。
ムは、燃料ガスの一部が必要に応じて改質反応部または
改質反応部とそれに続くメタン化反応器とをバイパスす
るようバイパス配管を設けたものである。
【００３０】このような構成により、前記バイパス配管
は、改質ガスの一部を必要に応じて流量調節可能な状態
で、改質反応部または改質反応部とそれに続くメタン化
反応器とをバイパスできるようにし、燃料電池装置の改
質反応部における改質反応による冷却熱量を容易に調節
できるようにする。
は、改質ガスの一部を必要に応じて流量調節可能な状態
で、改質反応部または改質反応部とそれに続くメタン化
反応器とをバイパスできるようにし、燃料電池装置の改
質反応部における改質反応による冷却熱量を容易に調節
できるようにする。
【００３１】請求項１０の発明に係る燃料電池発電シス
テムの運転方法は、少なくとも２個以上の内部改質型の
燃料電池装置をメタン化反応器を介して燃料ガスの流れ
方向に直列関係に接続するよう構成した燃料電池発電シ
ステムにおいて、メタン化反応器の燃料ガス出口部分に
おけるメタン化反応温度を調節することにより燃料電池
装置の動作温度を調節するよう燃料電池発電システムを
運転するものである。
テムの運転方法は、少なくとも２個以上の内部改質型の
燃料電池装置をメタン化反応器を介して燃料ガスの流れ
方向に直列関係に接続するよう構成した燃料電池発電シ
ステムにおいて、メタン化反応器の燃料ガス出口部分に
おけるメタン化反応温度を調節することにより燃料電池
装置の動作温度を調節するよう燃料電池発電システムを
運転するものである。
【００３２】このような運転方法によれば、メタン化反
応器のメタン化反応温度を調節することによりメタン化
反応器出口の燃料ガス中のメタン流量を予測可能な状態
で調節することができ、その結果、燃料ガスの下流側に
位置する燃料電池装置に供給するメタン流量を調節で
き、メタンの改質反応による燃料電池装置冷却熱量を調
節することが可能になる。
応器のメタン化反応温度を調節することによりメタン化
反応器出口の燃料ガス中のメタン流量を予測可能な状態
で調節することができ、その結果、燃料ガスの下流側に
位置する燃料電池装置に供給するメタン流量を調節で
き、メタンの改質反応による燃料電池装置冷却熱量を調
節することが可能になる。
【００３３】請求項１１の発明に係る燃料電池発電シス
テムの運転方法は、燃料電池部と改質反応部を有する燃
料電池装置を２台以上、メタン化改質器を介して改質ガ
スの流れ方向に直列関係に接続する燃料電池発電システ
ムにおいて、メタン化反応器の改質ガス出口部分におけ
るメタン化反応温度を調節することにより、燃料電池装
置の動作温度を調節するよう燃料電池発電システムを運
転するものである。
テムの運転方法は、燃料電池部と改質反応部を有する燃
料電池装置を２台以上、メタン化改質器を介して改質ガ
スの流れ方向に直列関係に接続する燃料電池発電システ
ムにおいて、メタン化反応器の改質ガス出口部分におけ
るメタン化反応温度を調節することにより、燃料電池装
置の動作温度を調節するよう燃料電池発電システムを運
転するものである。
【００３４】このような運転方法によれば、メタン化反
応器のメタン化反応温度を調節することによりメタン化
反応器出口の改質ガス中のメタン流量を予測可能な状態
で調節することができ、その結果、改質ガスの下流側に
位置する燃料電池装置改質反応部に供給するメタン流量
を調節でき、メタンの改質反応による燃料電池装置冷却
熱量を調節することが可能になる。
応器のメタン化反応温度を調節することによりメタン化
反応器出口の改質ガス中のメタン流量を予測可能な状態
で調節することができ、その結果、改質ガスの下流側に
位置する燃料電池装置改質反応部に供給するメタン流量
を調節でき、メタンの改質反応による燃料電池装置冷却
熱量を調節することが可能になる。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面について説明する。
図面について説明する。
【００３６】実施の形態１．図１はこの発明の実施の形
態１による燃料電池発電システムを示す構成図である。
図１において、符号（１ａ）及び（１ｂ）は燃料ガスの
流れ方向に直列関係に接続された２台の内部改質型の燃
料電池装置であり、各々、上流側燃料電池装置及び下流
側燃料電池装置を構成する。（９）は上記従来例と同様
のメタン化反応器であり、（９ａ）は内部にメタン化触
媒を有する反応側空間、（９ｂ）は内部を冷却用の冷媒
（Ｇ）が流通する冷却側空間、（１０）は下流側燃料電
池装置（１ｂ）の燃料ガス流路（４）から排出された燃
料ガス中の未燃の可燃成分を燃焼する燃焼器であり、
（１１）は本燃料電池発電システムにおいて反応ガスを
所定の温度に適宜調節するための熱交換器である。その
他の符号は上記従来例と同様であるから説明を省略す
る。
態１による燃料電池発電システムを示す構成図である。
図１において、符号（１ａ）及び（１ｂ）は燃料ガスの
流れ方向に直列関係に接続された２台の内部改質型の燃
料電池装置であり、各々、上流側燃料電池装置及び下流
側燃料電池装置を構成する。（９）は上記従来例と同様
のメタン化反応器であり、（９ａ）は内部にメタン化触
媒を有する反応側空間、（９ｂ）は内部を冷却用の冷媒
（Ｇ）が流通する冷却側空間、（１０）は下流側燃料電
池装置（１ｂ）の燃料ガス流路（４）から排出された燃
料ガス中の未燃の可燃成分を燃焼する燃焼器であり、
（１１）は本燃料電池発電システムにおいて反応ガスを
所定の温度に適宜調節するための熱交換器である。その
他の符号は上記従来例と同様であるから説明を省略す
る。
【００３７】次に、この実施の形態１の動作について説
明する。本発明による燃料電池発電システムにおいて、
燃料電池装置（１）の燃料ガス流路（４）に供給される
べき燃料ガス（主として炭化水素あるいはアルコール類
にスチームを混合した燃料ガス）は、まず上流側燃料電
池装置（１ａ）の改質反応部（６ａ）に供給される。以
下簡単のため、燃料ガスは、メタンとスチームのみの混
合ガスとして説明を行う（最も一般的な燃料ガスである
天然ガスの主成分は通常メタンである）。燃料ガス中の
メタンは改質反応部（６ａ）の働きによりスチームと改
質反応して水素、一酸化炭素、二酸化炭素に分解され
る。メタンの分解率（改質率）は、改質反応部（６）の
反応条件（温度、圧力、スチーム・メタン比）における
平衡ガス組成を算出することにより通常十分な精度で推
定される。より正確には、例えば、平衡状態ガス組成と
実際のガス組成との差異を温度で換算したアプローチ温
度と言う補正温度を導入して計算される。改質された反
応ガスは隣接する燃料電池積層体（２）の燃料ガス流路
（４）に供給され、燃料ガス流路（４）に隣接する燃料
ガス電極において燃料電池反応に供される。この場合、
燃料電池装置（１）の種類として、燃料ガス流路（４）
内部に改質触媒を保持する改良内部改質型の燃料電池装
置と改質触媒を有しない間接内部改質型の燃料電池発電
装置との２種類がある。何れの場合においても、本発明
は適用可能である。改良内部改質型の燃料電池装置の場
合、燃料ガス中の水素が電池反応で消費されるととも
に、電池反応で生成するスチーム及び改質触媒の働きに
より燃料ガス中の残りのメタンがさらに燃料ガス流路
（４）において分解される。
明する。本発明による燃料電池発電システムにおいて、
燃料電池装置（１）の燃料ガス流路（４）に供給される
べき燃料ガス（主として炭化水素あるいはアルコール類
にスチームを混合した燃料ガス）は、まず上流側燃料電
池装置（１ａ）の改質反応部（６ａ）に供給される。以
下簡単のため、燃料ガスは、メタンとスチームのみの混
合ガスとして説明を行う（最も一般的な燃料ガスである
天然ガスの主成分は通常メタンである）。燃料ガス中の
メタンは改質反応部（６ａ）の働きによりスチームと改
質反応して水素、一酸化炭素、二酸化炭素に分解され
る。メタンの分解率（改質率）は、改質反応部（６）の
反応条件（温度、圧力、スチーム・メタン比）における
平衡ガス組成を算出することにより通常十分な精度で推
定される。より正確には、例えば、平衡状態ガス組成と
実際のガス組成との差異を温度で換算したアプローチ温
度と言う補正温度を導入して計算される。改質された反
応ガスは隣接する燃料電池積層体（２）の燃料ガス流路
（４）に供給され、燃料ガス流路（４）に隣接する燃料
ガス電極において燃料電池反応に供される。この場合、
燃料電池装置（１）の種類として、燃料ガス流路（４）
内部に改質触媒を保持する改良内部改質型の燃料電池装
置と改質触媒を有しない間接内部改質型の燃料電池発電
装置との２種類がある。何れの場合においても、本発明
は適用可能である。改良内部改質型の燃料電池装置の場
合、燃料ガス中の水素が電池反応で消費されるととも
に、電池反応で生成するスチーム及び改質触媒の働きに
より燃料ガス中の残りのメタンがさらに燃料ガス流路
（４）において分解される。
【００３８】上流側燃料電池装置（１ａ）において消費
された燃料ガスは、再生型の熱交換器（１１ａ）におい
て必要に応じて所定の温度まで降温された後、メタン化
反応器（９）に供給される。メタン化反応器（９）は上
記従来例と同様に２５０〜５００℃程度の温度で動作
し、反応側空間（９ａ）において燃料ガス中の水素と一
酸化炭素あるいは二酸化炭素とが反応してメタンを生成
する。同時に、メタン化反応に伴う生成熱を冷却側空間
（９ｂ）を流通する冷媒（Ｇ）に排出する。冷媒は例え
ば水であり、メタン化反応器（９）内の熱交換により、
例えば高温高圧のスチームを生成する。生成したスチー
ムは、例えば原燃料ガス（Ａ０）用として、天然ガス
（メタン）と適宜混合して上流側燃料電池装置（１ａ）
に供給されたり、また例えば、スチームタービンの動力
源として発電システム内または外において有効に活用さ
れる。
された燃料ガスは、再生型の熱交換器（１１ａ）におい
て必要に応じて所定の温度まで降温された後、メタン化
反応器（９）に供給される。メタン化反応器（９）は上
記従来例と同様に２５０〜５００℃程度の温度で動作
し、反応側空間（９ａ）において燃料ガス中の水素と一
酸化炭素あるいは二酸化炭素とが反応してメタンを生成
する。同時に、メタン化反応に伴う生成熱を冷却側空間
（９ｂ）を流通する冷媒（Ｇ）に排出する。冷媒は例え
ば水であり、メタン化反応器（９）内の熱交換により、
例えば高温高圧のスチームを生成する。生成したスチー
ムは、例えば原燃料ガス（Ａ０）用として、天然ガス
（メタン）と適宜混合して上流側燃料電池装置（１ａ）
に供給されたり、また例えば、スチームタービンの動力
源として発電システム内または外において有効に活用さ
れる。
【００３９】メタン化反応器（９）の機能によりメタン
含有率の増した燃料ガスは次に下流側燃料電池装置（１
ｂ）の改質反応部（６ｂ）に供給され、下流側燃料電池
装置（１ｂ）の冷却ガスとしてまず機能する。改質反応
により水素成分の増した燃料ガスは下流側燃料電池装置
（１ｂ）の燃料電池部（２）内の燃料ガス流路（４）に
供給され、燃料電池反応用の燃料ガスとして利用され
る。
含有率の増した燃料ガスは次に下流側燃料電池装置（１
ｂ）の改質反応部（６ｂ）に供給され、下流側燃料電池
装置（１ｂ）の冷却ガスとしてまず機能する。改質反応
により水素成分の増した燃料ガスは下流側燃料電池装置
（１ｂ）の燃料電池部（２）内の燃料ガス流路（４）に
供給され、燃料電池反応用の燃料ガスとして利用され
る。
【００４０】燃料電池装置で利用された後の燃料ガスは
二酸化炭素を主要な成分とする混合ガスであるが、通常
若干の可燃ガス成分が残っている。可燃ガス成分は、燃
焼器（１０）において別途空気供給装置（７）から供給
される空気により燃焼する。燃焼後の二酸化炭素を主成
分とする燃焼排ガス（Ｈ）は別途供給される空気と共に
燃料電池装置（１）の酸化ガス流路（５）に供給され、
電池反応に供される。
二酸化炭素を主要な成分とする混合ガスであるが、通常
若干の可燃ガス成分が残っている。可燃ガス成分は、燃
焼器（１０）において別途空気供給装置（７）から供給
される空気により燃焼する。燃焼後の二酸化炭素を主成
分とする燃焼排ガス（Ｈ）は別途供給される空気と共に
燃料電池装置（１）の酸化ガス流路（５）に供給され、
電池反応に供される。
【００４１】以上説明した発電システムの構成及び基本
的動作に基づき、本発明例では以下に示すような特長が
得られる。
的動作に基づき、本発明例では以下に示すような特長が
得られる。
【００４２】１． 本発電システムでは燃料ガスを燃料
電池反応用及び燃料電池冷却用として利用するので、冷
却用の高価な高温配管が不要であり、配管構成を簡素化
／低コスト化できる。またその結果として高温の冷却配
管部からの放熱損を低減できる。
電池反応用及び燃料電池冷却用として利用するので、冷
却用の高価な高温配管が不要であり、配管構成を簡素化
／低コスト化できる。またその結果として高温の冷却配
管部からの放熱損を低減できる。
【００４３】２． 本発電システムにおいては、燃料電
池の冷却の主要部分を改質反応による吸熱量で賄うた
め、必要とされる炭化水素（メタン）を確保する手段と
して、燃料電池装置を燃料ガス供給方向に直列関係に接
続し、燃料電池装置１台当たりの燃料ガス供給量を増す
ようにした。このことにより、上記従来例で必要とされ
た高温燃料ガスの循環ブロワ（図５の（８））が不要に
なった。発電システムが高圧で動作する場合、ブロワ回
転軸近傍のガスシール部の燃料ガス漏れに関する安全性
の面及びブロワのコスト面において、このことの優位性
は大きい。本システムにおいても、燃料ガスの供給に際
しては、原燃料ガス（天然ガス）の供給条件に応じて何
らかの昇圧手段が必要な場合もあるが、その場合、昇圧
手段は図５の従来例においても必要なものである。ま
た、その際の昇圧ブロワは常温仕様の安価なブロワであ
ればよく、またスチームの混入が無く凝縮の問題も無
い。
池の冷却の主要部分を改質反応による吸熱量で賄うた
め、必要とされる炭化水素（メタン）を確保する手段と
して、燃料電池装置を燃料ガス供給方向に直列関係に接
続し、燃料電池装置１台当たりの燃料ガス供給量を増す
ようにした。このことにより、上記従来例で必要とされ
た高温燃料ガスの循環ブロワ（図５の（８））が不要に
なった。発電システムが高圧で動作する場合、ブロワ回
転軸近傍のガスシール部の燃料ガス漏れに関する安全性
の面及びブロワのコスト面において、このことの優位性
は大きい。本システムにおいても、燃料ガスの供給に際
しては、原燃料ガス（天然ガス）の供給条件に応じて何
らかの昇圧手段が必要な場合もあるが、その場合、昇圧
手段は図５の従来例においても必要なものである。ま
た、その際の昇圧ブロワは常温仕様の安価なブロワであ
ればよく、またスチームの混入が無く凝縮の問題も無
い。
【００４４】以下、図１に示したシステム構成の一つの
動作条件例において、上流側及び下流側の燃料電池装置
（１ａ）、（１ｂ）の動作状況を説明する。
動作条件例において、上流側及び下流側の燃料電池装置
（１ａ）、（１ｂ）の動作状況を説明する。
【００４５】一つの計算例による図１における燃料ガス
（Ａ０）、（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）の代表組成を
表ー１に示す。動作条件は、動作圧力５ａｔａ、スチー
ム／メタン比＝３．５、燃料電池装置（１段目及び２段
目）の平均電流密度２４０ｍＡ／ｃｍ2、燃料ガス利用
率８０％である。燃料電池装置の代表的動作温度６５０
℃、メタン化反応器の燃料ガス出口部分のメタン化反応
温度は３００℃である。
（Ａ０）、（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）の代表組成を
表ー１に示す。動作条件は、動作圧力５ａｔａ、スチー
ム／メタン比＝３．５、燃料電池装置（１段目及び２段
目）の平均電流密度２４０ｍＡ／ｃｍ2、燃料ガス利用
率８０％である。燃料電池装置の代表的動作温度６５０
℃、メタン化反応器の燃料ガス出口部分のメタン化反応
温度は３００℃である。
【００４６】 表−１ 各位置における燃料ガスの組成（モル％） 燃料ガスの位置 Ａ０ Ａ１ Ａ２ Ａ３ メタン ２２．２ ０．７ ７．４ ０．０ Ｈ2Ｏ ７７．８ ４７．２ ６０．３ ５０．９ Ｈ2 ０．０ １８．６ １．０ ５．８ ＣＯ ０．０ ５．６ ０．０ ２．４ ＣＯ2 ０．０ ２７．９ ３１．３ ４０．９ メタン改質率（％） ０．０ ９４．３ ４６．６ １００．０ （供給メタンベース）
【００４７】直列関係に接続した２段目の燃料電池装置
（１ｂ）へ供給される燃料ガス（Ａ２）は、１段目の燃
料電池装置（１ａ）に供給される燃料ガス（Ａ０）と、
１段目の燃料電池装置（１ａ）の燃料電池部において燃
料電池反応（燃料ガス側：下式（４））により燃料ガス
が消費された分だけＣ／Ｈ／Ｏの原子数比が異なる。即
ち、燃料電池反応による水素の消費及びそれに伴うスチ
ームの発生（下式（４））により改質反応の平衡がメタ
ン分解側にずれ、メタン化反応器（９）出口において
も、供給メタンベースでのメタン改質率は４６．６％も
ある（上流側燃料電池装置（１ａ）において電池反応が
無い場合は、同一条件でメタン化反応器（９）出口にお
いて改質率４．０％であり、実質的には（Ａ０）と（Ａ
２）とのガス組成は等しくなる）。
（１ｂ）へ供給される燃料ガス（Ａ２）は、１段目の燃
料電池装置（１ａ）に供給される燃料ガス（Ａ０）と、
１段目の燃料電池装置（１ａ）の燃料電池部において燃
料電池反応（燃料ガス側：下式（４））により燃料ガス
が消費された分だけＣ／Ｈ／Ｏの原子数比が異なる。即
ち、燃料電池反応による水素の消費及びそれに伴うスチ
ームの発生（下式（４））により改質反応の平衡がメタ
ン分解側にずれ、メタン化反応器（９）出口において
も、供給メタンベースでのメタン改質率は４６．６％も
ある（上流側燃料電池装置（１ａ）において電池反応が
無い場合は、同一条件でメタン化反応器（９）出口にお
いて改質率４．０％であり、実質的には（Ａ０）と（Ａ
２）とのガス組成は等しくなる）。
【００４８】 Ｈ2＋ＣＯ3 2- → Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2＋２ｅ- （４）
【００４９】その結果、本検討条件では、上流側燃料電
池装置（１ａ）に供給される燃料ガス中のメタン流量が
大きく、内部改質反応による燃料電池除熱量も大きい。
即ち、本検討例においては、上流側の燃料電池装置（１
ａ）において改質反応による冷却量は電池発熱量の約９
２％程度、下流側の燃料電池装置（１ｂ）においては約
６７％程度である。本実施の形態１では、上流側の燃料
電池装置（１ａ）においては、略改質反応単独による燃
料電池の冷却が可能であり、酸化ガスの供給量は電池反
応に必要な最小限の供給量とすることができる。一方、
下流側の燃料電池装置（１ｂ）においては、電池発熱の
残り約３３％を、酸化ガス冷却により行う必要がある
が、従来のシステムにおける４０〜５０％程度の酸化ガ
スによる冷却負荷に比べて十分小さく、改質反応を主体
とした効率的な冷却が可能である。
池装置（１ａ）に供給される燃料ガス中のメタン流量が
大きく、内部改質反応による燃料電池除熱量も大きい。
即ち、本検討例においては、上流側の燃料電池装置（１
ａ）において改質反応による冷却量は電池発熱量の約９
２％程度、下流側の燃料電池装置（１ｂ）においては約
６７％程度である。本実施の形態１では、上流側の燃料
電池装置（１ａ）においては、略改質反応単独による燃
料電池の冷却が可能であり、酸化ガスの供給量は電池反
応に必要な最小限の供給量とすることができる。一方、
下流側の燃料電池装置（１ｂ）においては、電池発熱の
残り約３３％を、酸化ガス冷却により行う必要がある
が、従来のシステムにおける４０〜５０％程度の酸化ガ
スによる冷却負荷に比べて十分小さく、改質反応を主体
とした効率的な冷却が可能である。
【００５０】尚、上記実施の形態１では、内部改質型の
燃料電池として、平板状の燃料電池単体の積層体に平板
状の冷却用改質器（改質反応部）を挿入して構成した改
良内部改質方式あるいは間接内部改質方式の燃料電池
を、本発明に適用したシステム例について説明した。平
板状の改質反応部を備えた内部改質型燃料電池において
は、改質器内の改質反応の進行に関する最適設計によ
り、燃料電池部の発熱密度分布と改質反応部の吸熱密度
分布との熱バランスの達成が比較的容易に行える。その
結果、燃料電池部の平均動作温度上昇による燃料電池の
電池特性の向上、高温部の除去による電池部材の長寿命
化が達成される（例えば、第４回動力・エネルギー技術
シンポジウム講演論文集、Ａ２９（１９９４）、また
は、１９９５ＩＥＥＥ／ＰＥＳ Ｗｉｎｔｅｒ Ｍｅｅ
ｔｉｎｇ，（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹ．） 番号 ９
５ ＷＭ ０８４−４ ＥＣ）。本発明例では、燃料電
池部の冷却を主として改質反応冷却により行おうとする
ものである。従って、平板状の冷却用改質器、即ち燃料
電池部からは区画的に独立した改質反応部を有する内部
改質型燃料電池を用いた発電システムに本発明を適用す
ることにより、燃料電池の冷却面及びシステム面から優
れた燃料電池発電システムを得ることができる。但し、
燃料ガス流路に改質触媒を保持する直接内部改質型の燃
料電池においても、燃料ガスのフロー構成の最適化（例
えば、燃料ガスのリターンフロー化）等により燃料電池
装置の電池発熱と改質反応吸熱との熱バランスの達成が
得られることが知られており、直接型の内部改質型燃料
電池に対しても本発明を適用可能である。
燃料電池として、平板状の燃料電池単体の積層体に平板
状の冷却用改質器（改質反応部）を挿入して構成した改
良内部改質方式あるいは間接内部改質方式の燃料電池
を、本発明に適用したシステム例について説明した。平
板状の改質反応部を備えた内部改質型燃料電池において
は、改質器内の改質反応の進行に関する最適設計によ
り、燃料電池部の発熱密度分布と改質反応部の吸熱密度
分布との熱バランスの達成が比較的容易に行える。その
結果、燃料電池部の平均動作温度上昇による燃料電池の
電池特性の向上、高温部の除去による電池部材の長寿命
化が達成される（例えば、第４回動力・エネルギー技術
シンポジウム講演論文集、Ａ２９（１９９４）、また
は、１９９５ＩＥＥＥ／ＰＥＳ Ｗｉｎｔｅｒ Ｍｅｅ
ｔｉｎｇ，（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＮＹ．） 番号 ９
５ ＷＭ ０８４−４ ＥＣ）。本発明例では、燃料電
池部の冷却を主として改質反応冷却により行おうとする
ものである。従って、平板状の冷却用改質器、即ち燃料
電池部からは区画的に独立した改質反応部を有する内部
改質型燃料電池を用いた発電システムに本発明を適用す
ることにより、燃料電池の冷却面及びシステム面から優
れた燃料電池発電システムを得ることができる。但し、
燃料ガス流路に改質触媒を保持する直接内部改質型の燃
料電池においても、燃料ガスのフロー構成の最適化（例
えば、燃料ガスのリターンフロー化）等により燃料電池
装置の電池発熱と改質反応吸熱との熱バランスの達成が
得られることが知られており、直接型の内部改質型燃料
電池に対しても本発明を適用可能である。
【００５１】実施の形態２．図２は本発明の実施の形態
２による燃料電池発電システムを示す構成図である。こ
の実施の形態２は、燃料電池部（２）からは空間的に区
画された改質反応部（６ａ）、（６ｂ）を有する２台の
内部改質型の燃料電池装置（１ａ）、（１ｂ）を、メタ
ン化反応器（９）を介して改質ガス（Ａ１）、（Ａ
２）、（Ａ３）、（Ａ４）の流れ方向に直列関係に接続
した燃料電池発電システムの例である。本実施の形態２
では、別途入口側メタン化反応器（１２）を改質反応部
（６ａ）の上流側に設け、原燃料ガス（Ａ０）を適宜温
度調整した後で供給している。下流側の燃料電池装置
（１ｂ）の改質反応部（６ｂ）から排出された改質ガス
はそれ以降燃料電池部（２）に供給され、燃料電池反応
用の燃料ガスとして機能する。それ以外の機器の動作は
図１の上記実施の形態１と同様である。
２による燃料電池発電システムを示す構成図である。こ
の実施の形態２は、燃料電池部（２）からは空間的に区
画された改質反応部（６ａ）、（６ｂ）を有する２台の
内部改質型の燃料電池装置（１ａ）、（１ｂ）を、メタ
ン化反応器（９）を介して改質ガス（Ａ１）、（Ａ
２）、（Ａ３）、（Ａ４）の流れ方向に直列関係に接続
した燃料電池発電システムの例である。本実施の形態２
では、別途入口側メタン化反応器（１２）を改質反応部
（６ａ）の上流側に設け、原燃料ガス（Ａ０）を適宜温
度調整した後で供給している。下流側の燃料電池装置
（１ｂ）の改質反応部（６ｂ）から排出された改質ガス
はそれ以降燃料電池部（２）に供給され、燃料電池反応
用の燃料ガスとして機能する。それ以外の機器の動作は
図１の上記実施の形態１と同様である。
【００５２】以下、図２に示したシステム構成の一つの
動作条件例において、上流側及び下流側の燃料電池装置
（１ａ）、（１ｂ）の動作状況を説明する。
動作条件例において、上流側及び下流側の燃料電池装置
（１ａ）、（１ｂ）の動作状況を説明する。
【００５３】一つの計算例による図２における改質ガス
（Ａ０）、（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）、（Ａ４）及
び燃料ガス（Ａ５）の代表組成を表ー２に示す。動作条
件は、動作圧力５ａｔｍ（５０６，６２５Ｐａ）、スチ
ーム／メタン比＝３．５、燃料電池装置の平均電流密度
２４０ｍＡ／ｃｍ2、燃料ガス利用率８０％である。燃
料電池装置の代表的動作温度６５０℃、メタン化反応器
の改質ガス出口部分のメタン化反応温度は３００℃であ
る。
（Ａ０）、（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）、（Ａ４）及
び燃料ガス（Ａ５）の代表組成を表ー２に示す。動作条
件は、動作圧力５ａｔｍ（５０６，６２５Ｐａ）、スチ
ーム／メタン比＝３．５、燃料電池装置の平均電流密度
２４０ｍＡ／ｃｍ2、燃料ガス利用率８０％である。燃
料電池装置の代表的動作温度６５０℃、メタン化反応器
の改質ガス出口部分のメタン化反応温度は３００℃であ
る。
【００５４】 表−２ 各位置における燃料ガスの組成（モル％） 燃料ガスの位置 Ａ０ Ａ１ Ａ２ Ａ３ Ａ４ Ａ５ メタン 22.2 21.0 5.9 21.0 5.9 0.0 Ｈ2Ｏ 77.8 74.8 41.4 74.8 41.4 50.9 Ｈ2 0.0 3.4 41.4 3.4 41.4 5.8 ＣＯ 0.0 0.0 3.8 0.0 3.8 2.4 ＣＯ2 0.0 0.9 7.5 0.9 7.5 40.9 メタン改質率 (％) 0.0 3.9 65.8 3.9 65.8 100.0 (供給メタンベース)
【００５５】図２に示した実施の形態２では、改質ガス
は、メタン化反応器（９）を介して改質ガス流れ方向に
直列に接続された２つの改質反応部（６ａ）、（６ｂ）
を燃料電池反応に関わることなく流通する。その結果、
改質ガスのＣ／Ｈ／Ｏの原子数比は、改質反応部（６
ａ）、（６ｂ）を流通する間、常に一定である。従っ
て、各改質反応部（６ａ）、（６ｂ）における改質反応
量、即ち改質反応による冷却熱量は燃料電池装置の上、
下流の配置位置に拘わらず略一定である。このため本シ
ステム構成においては、各スタックにおいて略同じ冷却
設計を適用でき、熱設計や運転制御法が簡素化される。
具体的には以下の通りである。
は、メタン化反応器（９）を介して改質ガス流れ方向に
直列に接続された２つの改質反応部（６ａ）、（６ｂ）
を燃料電池反応に関わることなく流通する。その結果、
改質ガスのＣ／Ｈ／Ｏの原子数比は、改質反応部（６
ａ）、（６ｂ）を流通する間、常に一定である。従っ
て、各改質反応部（６ａ）、（６ｂ）における改質反応
量、即ち改質反応による冷却熱量は燃料電池装置の上、
下流の配置位置に拘わらず略一定である。このため本シ
ステム構成においては、各スタックにおいて略同じ冷却
設計を適用でき、熱設計や運転制御法が簡素化される。
具体的には以下の通りである。
【００５６】表ー２に示した計算例は、燃料電池として
燃料電池部の燃料ガス流路にも改質触媒を保持した改良
内部改質型の燃料電池装置を用いたものである。本発電
システムににおいては、各改質反応部（６ａ）、（６
ｂ）共、上流側に各々略同じ動作条件で動作するメタン
化反応器（１２）、（９）を設けており、その結果、略
同じガス組成の改質ガスが両改質反応部に供給される。
従って、改質反応による冷却量（改質反応部及び燃料ガ
ス流路における改質反応量の総和）は各々の燃料電池装
置（１ａ）、（１ｂ）において同一になる。このよう
に、本発電システムでは、両燃料電池装置を同じ冷却条
件で動作させることができ、運転性／制御性の面で簡素
化される。
燃料電池部の燃料ガス流路にも改質触媒を保持した改良
内部改質型の燃料電池装置を用いたものである。本発電
システムににおいては、各改質反応部（６ａ）、（６
ｂ）共、上流側に各々略同じ動作条件で動作するメタン
化反応器（１２）、（９）を設けており、その結果、略
同じガス組成の改質ガスが両改質反応部に供給される。
従って、改質反応による冷却量（改質反応部及び燃料ガ
ス流路における改質反応量の総和）は各々の燃料電池装
置（１ａ）、（１ｂ）において同一になる。このよう
に、本発電システムでは、両燃料電池装置を同じ冷却条
件で動作させることができ、運転性／制御性の面で簡素
化される。
【００５７】一方、入口側のメタン化反応器（１２）が
無い場合の熱バランスは以下の通りである。改質反応に
よる冷却量は、上流側の燃料電池装置（１ａ）において
は電池発熱量の約９１％程度、下流側の燃料電池装置
（１ｂ）においては約８７％程度である。両者の差は、
原燃料（改質ガス（Ａ０））と改質ガス（Ａ１）との改
質率の差である。この程度の冷却量の差であれば、酸化
ガスの冷却条件を適宜調節することにより上、下流の二
つの改質反応部の吸熱量の差を調節することができる。
具体的には、電池反応に最小限必要な酸化ガスによって
も、電池発熱量の２０％程度の冷却が可能である。酸化
ガスの冷却条件、例えば酸化ガス入口温度あるいは流量
等を適宜微調節することにより、上、下流の二つの改質
反応部の吸熱量の差を十分に調節できる。
無い場合の熱バランスは以下の通りである。改質反応に
よる冷却量は、上流側の燃料電池装置（１ａ）において
は電池発熱量の約９１％程度、下流側の燃料電池装置
（１ｂ）においては約８７％程度である。両者の差は、
原燃料（改質ガス（Ａ０））と改質ガス（Ａ１）との改
質率の差である。この程度の冷却量の差であれば、酸化
ガスの冷却条件を適宜調節することにより上、下流の二
つの改質反応部の吸熱量の差を調節することができる。
具体的には、電池反応に最小限必要な酸化ガスによって
も、電池発熱量の２０％程度の冷却が可能である。酸化
ガスの冷却条件、例えば酸化ガス入口温度あるいは流量
等を適宜微調節することにより、上、下流の二つの改質
反応部の吸熱量の差を十分に調節できる。
【００５８】但し、入口側のメタン化反応器（１２）に
ついては、次の２点が新たな利点となる。第１に、メタ
ン化反応器（１２）は、天然ガス中に含まれる５〜２０
％程度の高級炭化水素（エタン、プロパン、ブタン等）
をメタン、水素、ＣＯ、ＣＯ２等の混合ガスに３００〜
４００℃程度の低温で予備改質し、以降の高温配管や改
質部における高級炭化水素の熱分解に基づく炭素析出の
危険を軽減する。また第２に、メタン化反応器（１２）
は低温動作という条件より、脱硫器（図示せず）から硫
黄分がスリップしてきても、硫黄分を略完全に捕獲する
ことが可能である。この結果、後流の燃料電池装置群が
硫黄分の被毒から保護される。燃料電池装置内の改質触
媒は硫黄の被毒に弱く、また触媒の交換が実質的に不可
能である。このため、改質触媒の硫黄被毒からの保護は
本発電システムの長時間運転にとって極めて重要な課題
である。メタン化反応器（１２）のメタン化触媒は安価
な触媒で且つ構造上容易に交換可能であり、この点、入
口部分に設けたメタン化反応器（１２）のサルファー・
ガードとしての利点は大きい。
ついては、次の２点が新たな利点となる。第１に、メタ
ン化反応器（１２）は、天然ガス中に含まれる５〜２０
％程度の高級炭化水素（エタン、プロパン、ブタン等）
をメタン、水素、ＣＯ、ＣＯ２等の混合ガスに３００〜
４００℃程度の低温で予備改質し、以降の高温配管や改
質部における高級炭化水素の熱分解に基づく炭素析出の
危険を軽減する。また第２に、メタン化反応器（１２）
は低温動作という条件より、脱硫器（図示せず）から硫
黄分がスリップしてきても、硫黄分を略完全に捕獲する
ことが可能である。この結果、後流の燃料電池装置群が
硫黄分の被毒から保護される。燃料電池装置内の改質触
媒は硫黄の被毒に弱く、また触媒の交換が実質的に不可
能である。このため、改質触媒の硫黄被毒からの保護は
本発電システムの長時間運転にとって極めて重要な課題
である。メタン化反応器（１２）のメタン化触媒は安価
な触媒で且つ構造上容易に交換可能であり、この点、入
口部分に設けたメタン化反応器（１２）のサルファー・
ガードとしての利点は大きい。
【００５９】入口側のメタン化反応器（１２）として
は、メタン化反応器（９）と同様、先に示したような熱
交換器型の反応器構造でよいが、この場合には、さらに
簡素な構造の反応器を採用することができる。改質ガス
（Ａ０）の温度を熱交換器（１１）等で、例えば４００
〜５００℃程度の温度に予熱してやれば、メタン化反応
器（１２）を断熱型の反応器とすることにより、自己の
持つ顕熱で改質ガス中の高級炭化水素分の分解及びメタ
ン化を進めることができる。反応器内には、市販のメタ
ン化触媒あるいは低温動作用の予備改質反応用の触媒を
充填すればよい（これらの触媒は共に、例えば、アルミ
ナやマグネシア等のセラミック担体にニッケルや貴金属
を保持した触媒でよい）。
は、メタン化反応器（９）と同様、先に示したような熱
交換器型の反応器構造でよいが、この場合には、さらに
簡素な構造の反応器を採用することができる。改質ガス
（Ａ０）の温度を熱交換器（１１）等で、例えば４００
〜５００℃程度の温度に予熱してやれば、メタン化反応
器（１２）を断熱型の反応器とすることにより、自己の
持つ顕熱で改質ガス中の高級炭化水素分の分解及びメタ
ン化を進めることができる。反応器内には、市販のメタ
ン化触媒あるいは低温動作用の予備改質反応用の触媒を
充填すればよい（これらの触媒は共に、例えば、アルミ
ナやマグネシア等のセラミック担体にニッケルや貴金属
を保持した触媒でよい）。
【００６０】このように、図２の実施の形態２では、改
質ガスが改質反応部を流通する間、燃料電池部に同改質
ガスを流通しないようにしたので、下流側の改質反応部
（１ｂ）においても、上流側の改質反応部（１ａ）と実
質的に同量の十分な改質反応量が得られ、改質反応を主
体とした燃料電池装置の冷却が可能である。その結果、
スタックの配置に拘わらず略同じ冷却設計を適用でき、
設計、制御の面で簡素なシステムを提供することができ
る。
質ガスが改質反応部を流通する間、燃料電池部に同改質
ガスを流通しないようにしたので、下流側の改質反応部
（１ｂ）においても、上流側の改質反応部（１ａ）と実
質的に同量の十分な改質反応量が得られ、改質反応を主
体とした燃料電池装置の冷却が可能である。その結果、
スタックの配置に拘わらず略同じ冷却設計を適用でき、
設計、制御の面で簡素なシステムを提供することができ
る。
【００６１】尚、上記した２つの実施の形態１、２で
は、燃料電池装置として各々独立した積層体を、燃料ガ
スまたは改質ガスの流れ方向にメタン化反応器を介して
直列関係に接続した構成の発電システムを示したが、複
数の燃料電池装置は必ずしも相互に独立した構造物であ
る必要はない。
は、燃料電池装置として各々独立した積層体を、燃料ガ
スまたは改質ガスの流れ方向にメタン化反応器を介して
直列関係に接続した構成の発電システムを示したが、複
数の燃料電池装置は必ずしも相互に独立した構造物であ
る必要はない。
【００６２】実施の形態３．図３は、本発明の実施の形
態３を表しており、上流側の改質反応部（６ａ）と下流
側の改質反応部（６ｂ）とを一つの構造物である燃料電
池装置に組み込んで構成した燃料電池装置、及びその周
辺機器のガス接続構成とガスの流れ（改質ガス／燃料ガ
ス）を示す概略図である。図３において、符号（１３
ａ）、（１３ｂ）は各々燃料電池装置（１）の内部に貫
通孔として設けられた燃料ガス反転用ガスマニホールド
及び燃料ガス出口用ガスマニホールドである。図３にお
いて、実線の矢印は改質ガス／燃料ガスのガスの流れ
を、破線の矢印は両ガスマニホールド内の燃料ガスの流
れを示す。外部から供給された原燃料（改質ガス（Ａ
０））は、燃料電池装置（１）内部に設けられた上流側
の改質反応部（６ａ）に導かれ、この改質反応部（６
ａ）内部で改質反応を進行しつつ、その際生ずる吸熱に
より隣接する燃料電池部（２）の冷却を行う。改質済み
の改質ガス（Ａ１）はメタン化反応器（９）の反応側空
間（９ａ）に導かれ、メタンを主成分とする改質ガス
（Ａ２）に変換され、再度燃料電池装置（１）の下流側
の改質反応部（６ｂ）に導かれる。下流側の改質反応部
（６ｂ）においても改質反応を進行しつつ、その際生ず
る吸熱により隣接する燃料電池部（２）の冷却を行う。
本実施の形態３の燃料電池装置（１）においては、上流
側改質反応部（６ａ）及び下流側の改質反応部（６ｂ）
は燃料電池部（２）を介して交互に配置されている。燃
料電池装置を構成する上で必要な、酸化ガスの給排気構
造、締め付け構造、端部の構造等の一般的な構造は図３
において省略されている。燃料電池部（２）で生成され
る電池反応に伴う生成熱は、隣接する改質反応部（６
ａ）、（６ｂ）により主として冷却される。下流側の改
質反応部（６ｂ）は、改質ガスの出口用開口部を燃料ガ
ス反転用ガスマニホールド（１３ａ）に連通して有して
いる。改質ガス（Ａ３）は下流側改質部（６ｂ）から燃
料ガス反転用ガスマニホールド（１３ａ）を介して、燃
料電池部（２）を構成する燃料電池単体（３）の燃料ガ
ス流路（４）に分配される。燃料電池部（２）は、平板
状の燃料電池単体（３）を、隣接する燃料ガス流路
（４）及び酸化ガス流路（５）とともに複数（例えば４
〜１０個程度）積層したものである。燃料ガス流路
（４）に導かれた燃料ガス（Ａ３）は、隣接する燃料電
池単体（３）の燃料ガス電極において燃料電池反応を進
行させて電力を生成する。燃料ガス流路（４）には、必
要に応じて改質触媒が保持されており、改質反応部（６
ａ）、（６ｂ）において未反応のメタンはさらに分解し
て水素に転換される（改良型内部改質型の燃料電池装置
の場合）。
態３を表しており、上流側の改質反応部（６ａ）と下流
側の改質反応部（６ｂ）とを一つの構造物である燃料電
池装置に組み込んで構成した燃料電池装置、及びその周
辺機器のガス接続構成とガスの流れ（改質ガス／燃料ガ
ス）を示す概略図である。図３において、符号（１３
ａ）、（１３ｂ）は各々燃料電池装置（１）の内部に貫
通孔として設けられた燃料ガス反転用ガスマニホールド
及び燃料ガス出口用ガスマニホールドである。図３にお
いて、実線の矢印は改質ガス／燃料ガスのガスの流れ
を、破線の矢印は両ガスマニホールド内の燃料ガスの流
れを示す。外部から供給された原燃料（改質ガス（Ａ
０））は、燃料電池装置（１）内部に設けられた上流側
の改質反応部（６ａ）に導かれ、この改質反応部（６
ａ）内部で改質反応を進行しつつ、その際生ずる吸熱に
より隣接する燃料電池部（２）の冷却を行う。改質済み
の改質ガス（Ａ１）はメタン化反応器（９）の反応側空
間（９ａ）に導かれ、メタンを主成分とする改質ガス
（Ａ２）に変換され、再度燃料電池装置（１）の下流側
の改質反応部（６ｂ）に導かれる。下流側の改質反応部
（６ｂ）においても改質反応を進行しつつ、その際生ず
る吸熱により隣接する燃料電池部（２）の冷却を行う。
本実施の形態３の燃料電池装置（１）においては、上流
側改質反応部（６ａ）及び下流側の改質反応部（６ｂ）
は燃料電池部（２）を介して交互に配置されている。燃
料電池装置を構成する上で必要な、酸化ガスの給排気構
造、締め付け構造、端部の構造等の一般的な構造は図３
において省略されている。燃料電池部（２）で生成され
る電池反応に伴う生成熱は、隣接する改質反応部（６
ａ）、（６ｂ）により主として冷却される。下流側の改
質反応部（６ｂ）は、改質ガスの出口用開口部を燃料ガ
ス反転用ガスマニホールド（１３ａ）に連通して有して
いる。改質ガス（Ａ３）は下流側改質部（６ｂ）から燃
料ガス反転用ガスマニホールド（１３ａ）を介して、燃
料電池部（２）を構成する燃料電池単体（３）の燃料ガ
ス流路（４）に分配される。燃料電池部（２）は、平板
状の燃料電池単体（３）を、隣接する燃料ガス流路
（４）及び酸化ガス流路（５）とともに複数（例えば４
〜１０個程度）積層したものである。燃料ガス流路
（４）に導かれた燃料ガス（Ａ３）は、隣接する燃料電
池単体（３）の燃料ガス電極において燃料電池反応を進
行させて電力を生成する。燃料ガス流路（４）には、必
要に応じて改質触媒が保持されており、改質反応部（６
ａ）、（６ｂ）において未反応のメタンはさらに分解し
て水素に転換される（改良型内部改質型の燃料電池装置
の場合）。
【００６３】電池反応後の燃料ガス（Ａ４）は燃料ガス
出口用ガスマニホールド（１３ｂ）で集められ、燃料電
池装置の外部に導かれる。その後のガスの流れや酸化ガ
スの流れは、図１や図２の実施の形態１、２と同様であ
る。
出口用ガスマニホールド（１３ｂ）で集められ、燃料電
池装置の外部に導かれる。その後のガスの流れや酸化ガ
スの流れは、図１や図２の実施の形態１、２と同様であ
る。
【００６４】図３の実施の形態３の機器構成は基本的に
図２と同一であるが、上、下流の燃料電池装置を一体構
造としたことにより更に以下の特長が生ずる。図３の実
施の形態３では、改質ガス（Ａ３）のガス配管が不要で
あり、システムの簡素化、放熱量の低減を図ることがで
きる。また、本実施の形態３では、上、下流の改質反応
部を一体の燃料電池装置に組み込んでおり、上、下流の
燃料電池装置における改質反応量の差に基づく各燃料電
池装置の微妙な冷却運転条件の調整が一切不要で、運転
制御面で一層の簡素化を図ることができる。また特に、
この実施の形態３は、上流側及び下流側と言った燃料電
池装置の区分けが不要であり、比較的小容量の燃料電池
発電システムへの適用に向いている。
図２と同一であるが、上、下流の燃料電池装置を一体構
造としたことにより更に以下の特長が生ずる。図３の実
施の形態３では、改質ガス（Ａ３）のガス配管が不要で
あり、システムの簡素化、放熱量の低減を図ることがで
きる。また、本実施の形態３では、上、下流の改質反応
部を一体の燃料電池装置に組み込んでおり、上、下流の
燃料電池装置における改質反応量の差に基づく各燃料電
池装置の微妙な冷却運転条件の調整が一切不要で、運転
制御面で一層の簡素化を図ることができる。また特に、
この実施の形態３は、上流側及び下流側と言った燃料電
池装置の区分けが不要であり、比較的小容量の燃料電池
発電システムへの適用に向いている。
【００６５】尚、上、下流側の燃料電池装置を一体化構
造とする他の実施の形態としては、例えば、上流側及び
下流側の燃料電池装置を上下に積層して一体の積層物構
造とするとともに、燃料ガス反転用ガスマニホールドや
燃料ガス出口用ガスマニホールドを燃料電池装置の上下
部分で貫通する構造として一体化してもよい。
造とする他の実施の形態としては、例えば、上流側及び
下流側の燃料電池装置を上下に積層して一体の積層物構
造とするとともに、燃料ガス反転用ガスマニホールドや
燃料ガス出口用ガスマニホールドを燃料電池装置の上下
部分で貫通する構造として一体化してもよい。
【００６６】実施の形態４．次に、燃料電池装置の熱制
御の面から、本発明による発電システムの運転方法を説
明する。先に述べたように、本発明においては、燃料電
池装置における発熱は、改質反応部における改質反応に
伴う吸熱により冷却される。燃料電池装置の部分負荷運
転、電池性能の経時変化等の理由により発熱量が変化す
る場合、発熱量に応じて改質反応部における吸熱量、即
ち改質反応量を調節する必要がある。
御の面から、本発明による発電システムの運転方法を説
明する。先に述べたように、本発明においては、燃料電
池装置における発熱は、改質反応部における改質反応に
伴う吸熱により冷却される。燃料電池装置の部分負荷運
転、電池性能の経時変化等の理由により発熱量が変化す
る場合、発熱量に応じて改質反応部における吸熱量、即
ち改質反応量を調節する必要がある。
【００６７】メタン化反応器の出口部分における改質ガ
スの組成は、通常、運転条件により決まる平衡ガス組成
に近い。さらには、図４に示すように、平衡ガス組成に
おけるメタン改質率は改質ガス出口部分のメタン化反応
温度に大きく依存する。従って、メタン化反応器の冷却
側空間の運転条件（例えば、冷媒の供給量、温度等）の
調節により改質ガス出口部分のメタン化反応温度を制御
し、改質反応部に供給される改質ガスの改質率を適宜調
節することができる。改質反応部出口における改質率は
設計上動作条件により算定されるものであり、メタン化
反応温度の情報をベースに、改質反応部入口ー出口の改
質率の差が既知となり、改質反応部における冷却熱量を
設定、調節することができる。
スの組成は、通常、運転条件により決まる平衡ガス組成
に近い。さらには、図４に示すように、平衡ガス組成に
おけるメタン改質率は改質ガス出口部分のメタン化反応
温度に大きく依存する。従って、メタン化反応器の冷却
側空間の運転条件（例えば、冷媒の供給量、温度等）の
調節により改質ガス出口部分のメタン化反応温度を制御
し、改質反応部に供給される改質ガスの改質率を適宜調
節することができる。改質反応部出口における改質率は
設計上動作条件により算定されるものであり、メタン化
反応温度の情報をベースに、改質反応部入口ー出口の改
質率の差が既知となり、改質反応部における冷却熱量を
設定、調節することができる。
【００６８】実施の形態５．さらに他の運転方法として
は、改質反応部を改質ガスの一部がバイパスするバイパ
スラインを別途設けておき、このバイパスラインを通過
する（あるいは改質反応部に供給される）改質ガスの流
量を調節することにより、改質反応部において冷却量を
調節することができる。
は、改質反応部を改質ガスの一部がバイパスするバイパ
スラインを別途設けておき、このバイパスラインを通過
する（あるいは改質反応部に供給される）改質ガスの流
量を調節することにより、改質反応部において冷却量を
調節することができる。
【００６９】尚、上記実施の形態１、２において、燃料
電池装置２台を燃料ガスあるいは改質ガスの流れ方向に
直列関係に接続した例を示したが、これに限られるもの
ではなく、３台以上の燃料電池装置を直列関係に接続し
てもよい。この場合、直列関係に接続される燃料電池装
置の個数が増し、各燃料電池装置１台当たりに供給可能
な燃料ガス流量が増える。この場合、燃料電池装置の熱
バランス上、不必要に多量のメタンが燃料電池装置に供
給される必要はなく、逆に熱バランスに合致するようメ
タン流量を抑制する必要がある。即ち、各メタン化反応
器におけるメタン化反応温度を２段直列接続の場合に比
して高く設定でき、メタン化反応器で排出される排熱の
温度レベルが高くなる。その結果、燃料電池発電システ
ムの発電効率を向上できる。但し、発電システムを機器
構成面、制御面で複雑化するため、適切な選択が必要で
ある。
電池装置２台を燃料ガスあるいは改質ガスの流れ方向に
直列関係に接続した例を示したが、これに限られるもの
ではなく、３台以上の燃料電池装置を直列関係に接続し
てもよい。この場合、直列関係に接続される燃料電池装
置の個数が増し、各燃料電池装置１台当たりに供給可能
な燃料ガス流量が増える。この場合、燃料電池装置の熱
バランス上、不必要に多量のメタンが燃料電池装置に供
給される必要はなく、逆に熱バランスに合致するようメ
タン流量を抑制する必要がある。即ち、各メタン化反応
器におけるメタン化反応温度を２段直列接続の場合に比
して高く設定でき、メタン化反応器で排出される排熱の
温度レベルが高くなる。その結果、燃料電池発電システ
ムの発電効率を向上できる。但し、発電システムを機器
構成面、制御面で複雑化するため、適切な選択が必要で
ある。
【００７０】また、上記図１及び図２の実施の形態１、
２では、上流側の燃料電池装置、下流側の燃料電池装置
として各々１台の燃料電池装置よりなる構成を示した。
燃料電池装置一台あたりの出力は、現状では、例えば
０．５〜１．０ＭＷ程度であるが、より大容量の発電プ
ラントを構成する場合には、上流側の燃料電池装置及び
下流側の燃料電池装置を、各々複数の燃料電池装置より
なる燃料電池装置群として構成し、燃料電池装置群とし
てのガス流れ関係が直列関係となるよう装置類を構成す
ればよい。
２では、上流側の燃料電池装置、下流側の燃料電池装置
として各々１台の燃料電池装置よりなる構成を示した。
燃料電池装置一台あたりの出力は、現状では、例えば
０．５〜１．０ＭＷ程度であるが、より大容量の発電プ
ラントを構成する場合には、上流側の燃料電池装置及び
下流側の燃料電池装置を、各々複数の燃料電池装置より
なる燃料電池装置群として構成し、燃料電池装置群とし
てのガス流れ関係が直列関係となるよう装置類を構成す
ればよい。
【００７１】さらに、上記図１及び図２の実施の形態
１、２において、２台の燃料電池装置の酸化ガスの供給
方法に関して、両酸化ガスの流れ方向が並列関係となる
ものを示したが、これに限られるものではなく、両燃料
電池装置の各々の熱バランスを保ちながら両電池装置の
電気出力が最大となるよう酸化ガスの供給方法を選択し
てもよい。例えば、一部または全部の酸化ガスを直列関
係に供給することが可能である。
１、２において、２台の燃料電池装置の酸化ガスの供給
方法に関して、両酸化ガスの流れ方向が並列関係となる
ものを示したが、これに限られるものではなく、両燃料
電池装置の各々の熱バランスを保ちながら両電池装置の
電気出力が最大となるよう酸化ガスの供給方法を選択し
てもよい。例えば、一部または全部の酸化ガスを直列関
係に供給することが可能である。
【００７２】
【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、次のような優れた効果を奏するものである。
ば、次のような優れた効果を奏するものである。
【００７３】請求項１の燃料電池発電システムによれ
ば、複数の内部改質型の燃料電池装置を燃料ガスの流れ
方向に直列に接続したので、燃料電池の反応ガス兼燃料
電池の冷却ガスである燃料ガスを燃料電池装置の必要除
熱量に見合うだけ十分に供給することが可能であり、効
率的な改質反応冷却を行うことができる。且つ、燃料電
池装置の間に設けられたメタン化反応器の働きにより、
上流側の燃料電池装置から排出された改質反応済みの燃
料ガスをメタン化反応器においてメタン化し、メタンを
含む冷却能力を有する燃料ガスとして再生し、再度下流
側の燃料電池装置に供給することにより、燃料ガスを反
応用及び冷却用の燃料ガスとして、高温仕様の循環ブロ
ワを用いることなく、繰り返し有効に利用することがで
きる。さらには、燃料ガスを燃料電池反応用及び燃料電
池冷却用として利用するので、冷却用の特別の配管が不
要であり、配管構成が簡素で放熱損の少ない高効率の発
電システムが得ることができる。
ば、複数の内部改質型の燃料電池装置を燃料ガスの流れ
方向に直列に接続したので、燃料電池の反応ガス兼燃料
電池の冷却ガスである燃料ガスを燃料電池装置の必要除
熱量に見合うだけ十分に供給することが可能であり、効
率的な改質反応冷却を行うことができる。且つ、燃料電
池装置の間に設けられたメタン化反応器の働きにより、
上流側の燃料電池装置から排出された改質反応済みの燃
料ガスをメタン化反応器においてメタン化し、メタンを
含む冷却能力を有する燃料ガスとして再生し、再度下流
側の燃料電池装置に供給することにより、燃料ガスを反
応用及び冷却用の燃料ガスとして、高温仕様の循環ブロ
ワを用いることなく、繰り返し有効に利用することがで
きる。さらには、燃料ガスを燃料電池反応用及び燃料電
池冷却用として利用するので、冷却用の特別の配管が不
要であり、配管構成が簡素で放熱損の少ない高効率の発
電システムが得ることができる。
【００７４】請求項２の燃料電池発電システムによれ
ば、複数の内部改質型の燃料電池装置をメタン化反応器
を介して燃料ガスの流れ方向に直列に接続するととも
に、上記内部改質型の燃料電池装置は、燃料電池部と改
質反応部とが燃料電池装置内において分離して設けられ
た構造としたので、簡素なシステム構成で高効率な燃料
電池発電システムが得られるとともに、改質反応部の冷
却器としての反応器最適設計が可能になり、燃料電池の
冷却性能及び電池性能に優れた燃料電池発電システムを
得ることができる。
ば、複数の内部改質型の燃料電池装置をメタン化反応器
を介して燃料ガスの流れ方向に直列に接続するととも
に、上記内部改質型の燃料電池装置は、燃料電池部と改
質反応部とが燃料電池装置内において分離して設けられ
た構造としたので、簡素なシステム構成で高効率な燃料
電池発電システムが得られるとともに、改質反応部の冷
却器としての反応器最適設計が可能になり、燃料電池の
冷却性能及び電池性能に優れた燃料電池発電システムを
得ることができる。
【００７５】請求項３の燃料電池発電システムによれ
ば、燃料ガスの流れ方向で最も上流側に位置する燃料電
池装置の燃料ガス側の上流側にさらに設けたメタン化反
応器の働きにより、上流側の燃料電池装置における改質
反応による冷却量を調節したり、また、特に原燃料中の
高級炭化水素の予備改質により炭素析出の危険性を軽減
し、さらには後流の内部改質型燃料電池装置の改質触媒
の硫黄被毒の危険性をも軽減することができる。
ば、燃料ガスの流れ方向で最も上流側に位置する燃料電
池装置の燃料ガス側の上流側にさらに設けたメタン化反
応器の働きにより、上流側の燃料電池装置における改質
反応による冷却量を調節したり、また、特に原燃料中の
高級炭化水素の予備改質により炭素析出の危険性を軽減
し、さらには後流の内部改質型燃料電池装置の改質触媒
の硫黄被毒の危険性をも軽減することができる。
【００７６】請求項４の燃料電池発電システムによれ
ば、燃料ガスの一部を必要に応じて流量調節可能な状態
で燃料電池をバイパスできるように配管構成したので、
燃料電池装置における改質反応による冷却熱量を容易に
調節でき、広範囲の運転条件において熱制御性の良い燃
料電池発電システムを得ることができる。
ば、燃料ガスの一部を必要に応じて流量調節可能な状態
で燃料電池をバイパスできるように配管構成したので、
燃料電池装置における改質反応による冷却熱量を容易に
調節でき、広範囲の運転条件において熱制御性の良い燃
料電池発電システムを得ることができる。
【００７７】請求項５の燃料電池発電システムによれ
ば、直列に接続された複数の改質反応部及び改質反応部
の間に設けられたメタン化反応器の働きにより、効率的
な改質反応冷却を行うことができると同時に、循環ブロ
ワを用いることなく、メタン化反応器の働きにより改質
ガスを冷却ガスとして複数の燃料電池装置において繰り
返し有効利用することができる。また、本発明では、改
質ガスは冷却ガスとしての役割を終了するまで電池反応
とは無縁であるため、改質ガスの組成変化が無く、改質
ガスを用いた燃料電池装置の冷却を、容易且つ信頼性高
く行うことができる。さらには、最下流に位置する改質
反応部から排出された改質ガスを燃料電池部の燃料ガス
として利用でき、冷却用のガスとして利用後の改質ガス
を最終的には発電システムの燃料ガスとして消費するこ
とにより、冷却用の改質ガスとして余分なガスの導入が
不要で、システムの効率の高い且つ高性能な冷却を確実
に行うことができる燃料電池発電システムを得ることが
できる。
ば、直列に接続された複数の改質反応部及び改質反応部
の間に設けられたメタン化反応器の働きにより、効率的
な改質反応冷却を行うことができると同時に、循環ブロ
ワを用いることなく、メタン化反応器の働きにより改質
ガスを冷却ガスとして複数の燃料電池装置において繰り
返し有効利用することができる。また、本発明では、改
質ガスは冷却ガスとしての役割を終了するまで電池反応
とは無縁であるため、改質ガスの組成変化が無く、改質
ガスを用いた燃料電池装置の冷却を、容易且つ信頼性高
く行うことができる。さらには、最下流に位置する改質
反応部から排出された改質ガスを燃料電池部の燃料ガス
として利用でき、冷却用のガスとして利用後の改質ガス
を最終的には発電システムの燃料ガスとして消費するこ
とにより、冷却用の改質ガスとして余分なガスの導入が
不要で、システムの効率の高い且つ高性能な冷却を確実
に行うことができる燃料電池発電システムを得ることが
できる。
【００７８】請求項６の燃料電池発電システムによれ
ば、複数の燃料電池装置を一体化構造とすることで、
上、下流の燃料電池装置を一つの燃料電池装置として運
転することが可能になり、運転制御面で簡素化が図れる
と同時に、高温のガス配管が少なくなり、その結果放熱
量が軽減される。
ば、複数の燃料電池装置を一体化構造とすることで、
上、下流の燃料電池装置を一つの燃料電池装置として運
転することが可能になり、運転制御面で簡素化が図れる
と同時に、高温のガス配管が少なくなり、その結果放熱
量が軽減される。
【００７９】請求項７の燃料電池発電システムによれ
ば、改質ガスの流れ方向で最も上流側に位置する燃料電
池装置改質反応部の改質ガス側の上流側にさらに設けた
メタン化反応器の働きにより、上流側の燃料電池装置改
質反応部における改質反応による冷却量を調節したり、
また、特に原燃料中の高級炭化水素の予備改質により炭
素析出の危険性を軽減し、さらには後流の改質反応部の
改質触媒の硫黄被毒の危険性も軽減することができる。
ば、改質ガスの流れ方向で最も上流側に位置する燃料電
池装置改質反応部の改質ガス側の上流側にさらに設けた
メタン化反応器の働きにより、上流側の燃料電池装置改
質反応部における改質反応による冷却量を調節したり、
また、特に原燃料中の高級炭化水素の予備改質により炭
素析出の危険性を軽減し、さらには後流の改質反応部の
改質触媒の硫黄被毒の危険性も軽減することができる。
【００８０】請求項８の燃料電池発電システムによれ
ば、熱交換器型のメタン化反応器を用いて、メタン化反
応の際に生成する反応熱を燃料電池発電システム内にお
いて有効に利用して、発電効率の改善を図ることができ
る。
ば、熱交換器型のメタン化反応器を用いて、メタン化反
応の際に生成する反応熱を燃料電池発電システム内にお
いて有効に利用して、発電効率の改善を図ることができ
る。
【００８１】請求項９の燃料電池発電システムによれ
ば、改質ガスの一部を必要に応じて流量調節可能な状態
で、改質反応部または改質反応部とそれに続くメタン化
反応器とをバイパスできるように配管構成したので、燃
料電池装置の改質反応部における改質反応による冷却熱
量を容易に調節することができ、広範囲の運転条件にお
いて熱制御性の良い燃料電池発電システムを得ることが
できる。
ば、改質ガスの一部を必要に応じて流量調節可能な状態
で、改質反応部または改質反応部とそれに続くメタン化
反応器とをバイパスできるように配管構成したので、燃
料電池装置の改質反応部における改質反応による冷却熱
量を容易に調節することができ、広範囲の運転条件にお
いて熱制御性の良い燃料電池発電システムを得ることが
できる。
【００８２】請求項１０の燃料電池発電方法によれば、
メタン化反応器のメタン化反応温度を調節することによ
り、メタン化反応器出口の燃料ガス中のメタン流量を予
測可能な状態で調節することができ、その結果、燃料ガ
スの下流側に位置する燃料電池装置に供給するメタン流
量を調節することができ、メタンの改質反応による燃料
電池装置冷却熱量を適宜調節して燃料電池装置の動作温
度を効率よく調節することができる。
メタン化反応器のメタン化反応温度を調節することによ
り、メタン化反応器出口の燃料ガス中のメタン流量を予
測可能な状態で調節することができ、その結果、燃料ガ
スの下流側に位置する燃料電池装置に供給するメタン流
量を調節することができ、メタンの改質反応による燃料
電池装置冷却熱量を適宜調節して燃料電池装置の動作温
度を効率よく調節することができる。
【００８３】請求項１１の燃料電池発電方法によれば、
メタン化反応器のメタン化反応温度を調節することによ
り、メタン化反応器出口の改質ガス中のメタン流量を予
測可能な状態で調節することができ、その結果、改質ガ
スの下流側に位置する燃料電池装置改質反応部に供給す
るメタン流量を調節することができ、メタンの改質反応
による燃料電池装置冷却熱量を適宜調節して燃料電池装
置の動作温度を効率よく調節することができる。
メタン化反応器のメタン化反応温度を調節することによ
り、メタン化反応器出口の改質ガス中のメタン流量を予
測可能な状態で調節することができ、その結果、改質ガ
スの下流側に位置する燃料電池装置改質反応部に供給す
るメタン流量を調節することができ、メタンの改質反応
による燃料電池装置冷却熱量を適宜調節して燃料電池装
置の動作温度を効率よく調節することができる。
【図１】 この発明の実施の形態１による燃料電池発電
システムを示すシステム構成図である。
システムを示すシステム構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態２による燃料電池発電
システムを示すシステム構成図である。
システムを示すシステム構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態３による燃料電池発電
システムにおける燃料電池装置とその周辺機器の改質ガ
ス／燃料ガスの接続構成を示す図である。
システムにおける燃料電池装置とその周辺機器の改質ガ
ス／燃料ガスの接続構成を示す図である。
【図４】 この発明による燃料電池発電システムの運転
方法の核となるメタン化反応温度と改質ガスのメタン改
質率との関係を示す図である。
方法の核となるメタン化反応温度と改質ガスのメタン改
質率との関係を示す図である。
【図５】 従来の燃料電池発システムを示すシステム構
成図である。
成図である。
１ 燃料電池装置、１ａ 上流側の燃料電池装置、１ｂ
下流側の燃料電池装置、２ 燃料電池部、３ 燃料電
池単体、６ 改質反応部、９ メタン化反応器、９ａ
反応側空間、９ｂ 冷却側空間、１２ 入口側のメタン
化反応器。
下流側の燃料電池装置、２ 燃料電池部、３ 燃料電
池単体、６ 改質反応部、９ メタン化反応器、９ａ
反応側空間、９ｂ 冷却側空間、１２ 入口側のメタン
化反応器。
Claims (11)
- 【請求項１】 炭化水素あるいはアルコール類及びスチ
ームを含む燃料ガスと酸化ガスが供給されて動作する内
部改質型の燃料電池装置を用いた燃料電池発電システム
であって、 少なくとも２個以上の前記燃料電池装置がメタン化反応
器を介して燃料ガスの流れ方向に直列関係に接続される
ことを特徴とする燃料電池発電システム。 - 【請求項２】 前記内部改質型の燃料電池装置は、 燃料ガスが供給されて動作する燃料ガス電極と酸化ガス
が供給され動作する酸化ガス電極とを有する燃料電池単
体よりなる燃料電池部と、 前記燃料電池部と熱的に結合して構成され、炭化水素を
含む燃料ガスを水素を主要な成分とする燃料ガスに改質
反応により変質させる改質反応部とを備え、 且つ、外部より前記燃料電池装置に供給された燃料ガス
は前記改質反応部に供給された後、前記燃料電池部の燃
料ガス電極に導かれ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】 炭化水素あるいはアルコール類及びスチ
ームを含む原燃料ガスが別途設けたメタン化反応器を経
由して燃料ガスの流れ方向で最も上流側に位置する前記
燃料電池装置に供給され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４】 燃料ガスの一部が前記燃料電池装置をバ
イパスする配管を設けた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５】 燃料ガスが供給されて動作する燃料ガス
電極と酸化ガスが供給されて動作する酸化ガス電極とを
有する燃料電池単体よりなる燃料電池部と、前記燃料電
池部と熱的に結合されて構成され、炭化水素を含む改質
ガスを改質反応により水素を主要成分とする改質ガスに
変質させる改質反応部とを有する燃料電池装置を用いた
燃料電池発電システムであって、 少なくとも２個以上の前記燃料電池装置をメタン化反応
器を介して改質ガスの流れ方向に直列関係に接続すると
ともに、改質ガスの流れ方向で最も下流側に位置する改
質反応部から排出された改質ガスが、前記燃料電池部の
燃料ガス電極に燃料ガスとして供給されることを特徴と
する燃料電池発電システム。 - 【請求項６】 燃料ガスが供給されて動作する燃料ガス
電極と酸化ガスが供給され動作する酸化ガス電極とを有
する平板状の燃料電池単体よりなる燃料電池部と、前記
燃料電池部と熱的に結合されて構成され炭化水素を含む
改質ガスを水素を主要な成分とする改質ガスに改質反応
により変質させる平板状の改質反応部とを交互に積層し
た構造よりなる燃料電池装置及びメタン化反応器とを備
えた燃料電池発電システムであって、 前記燃料電池装置は、複数の改質反応部を少なくとも２
つ以上の配置グループにグループ化し、一つの配置グル
ープの改質反応部を流通した改質ガスは外部に別途設け
た前記メタン化反応器を流通した後、他の配置グループ
の改質反応部に導かれ、改質ガスの流れ方向で最も下流
側に位置する配置グループの改質反応部から排出された
改質ガスは、前記燃料電池部の燃料ガス電極に燃料ガス
として供給されるよう構成され、 且つ、前記燃料電池部を介して隣接して配置される改質
反応部は、相互に異なる配置グループに属するよう選定
されることを特徴とする燃料電池発電システム。 - 【請求項７】 炭化水素あるいはアルコール類及びスチ
ームを含む原燃料ガスが別途設けたメタン化反応器を経
由して改質ガスの流れ方向で最も上流側に位置する燃料
電池装置の改質反応部に供給されることを特徴とする請
求項５又は請求項６記載の燃料電池発電システム。 - 【請求項８】 前記メタン化反応器は、内部に触媒を有
し、流通するガス中でメタン化反応が進行する反応側空
間と、前記反応側空間と熱的に結合されて構成され、内
部を冷媒が流通する冷却側空間とを備える熱交換器型反
応器であり、 且つ、前記冷却側空間で獲得されるメタン化反応に伴う
反応熱は、前記燃料電池発電システムにおいて利用され
ることを特徴とする請求項１、又は請求項５、又は請求
項６記載の燃料電池発電システム。 - 【請求項９】 改質ガスの一部が、前記改質反応部ある
いは前記改質反応部とそれに続く前記メタン化反応器と
をバイパスする配管を設けたことを特徴とする請求項５
又は６記載の燃料電池発電システム。 - 【請求項１０】 炭化水素あるいはアルコール類及びス
チームを含む燃料ガスと酸化ガスとが供給されて動作す
る少なくとも２個以上の内部改質型の燃料電池装置をメ
タン化反応器を介して燃料ガスの流れ方向に直列関係に
接続して構成される燃料電池発電システムにおいて、 前記メタン化反応器の燃料ガス出口部分におけるメタン
化反応温度を調節することにより前記燃料電池装置の動
作温度を調節することを特徴とする燃料電池発電システ
ムの運転方法。 - 【請求項１１】 燃料ガスが供給されて動作する燃料ガ
ス電極と酸化ガスが供給されて動作する酸化ガス電極と
を有する燃料電池単体よりなる燃料電池部と、前記燃料
電池部と熱的に結合されて構成され、炭化水素を含む改
質ガスを改質反応により水素を主要な成分とする改質ガ
スに変質させる改質反応部とを有する燃料電池装置を少
なくとも２個以上用いて、それらの燃料電池装置をメタ
ン化反応器を介して改質ガスの流れ方向に直列関係に接
続した燃料電池発電システムにおいて、 前記メタン化反応器の改質ガス出口部分におけるメタン
化反応温度を調節することにより前記燃料電池装置の動
作温度を調節することを特徴とする燃料電池発電システ
ムの運転方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25274696A JP3316393B2 (ja) | 1996-09-25 | 1996-09-25 | 燃料電池発電システム及びその運転方法 |
| US08/905,996 US5993984A (en) | 1996-09-25 | 1997-08-04 | Fuel cell power generating system and operating method thereof |
| DE19734051A DE19734051C2 (de) | 1996-09-25 | 1997-08-06 | Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem und zugehöriges Betriebsverfahren |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25274696A JP3316393B2 (ja) | 1996-09-25 | 1996-09-25 | 燃料電池発電システム及びその運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10106605A true JPH10106605A (ja) | 1998-04-24 |
| JP3316393B2 JP3316393B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=17241711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25274696A Expired - Fee Related JP3316393B2 (ja) | 1996-09-25 | 1996-09-25 | 燃料電池発電システム及びその運転方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5993984A (ja) |
| JP (1) | JP3316393B2 (ja) |
| DE (1) | DE19734051C2 (ja) |
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