JPH10106607A - 固体高分子電解質型燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷変動中も改質器の温度を適切に保つよう
にする。 【解決手段】 燃料電池Ｉの燃料極３の入口側に改質器
８を改質ガス供給ライン１９で接続する。改質器８の改
質室に、メタノールタンク２７内のメタノールを、メタ
ノールポンプ２８で加圧し、メタノール蒸発器２９、予
熱器３０を経て供給する。燃料極３から排出されたアノ
ード排ガスＡＧを改質器８の燃焼室にアノード排ガスラ
イン３８により供給する。アノード排ガスライン３８よ
りバイパスライン３９を分岐させる。アノード排ガスラ
イン３８とバイパスライン３９に流量調節弁４１と４２
を設け、これらを改質器燃焼室の温度計４３からの信号
に基づき制御部４４で調節する。負荷増大時にメタノー
ル流量が増大するときは、改質器燃焼室へのアノード排
ガス流量を多くし、逆に、負荷減少時にメタノール流量
が少なくなるときは、余剰のアノード排ガス流量をバイ
パスさせるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料の有する化学エ
ネルギーを直接電気エネルギーに変換するエネルギー部
門で用いる燃料電池のうち、固体高分子電解質型燃料電
池の発電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池のうち、固体高分子電解質型燃
料電池は、１００℃以下という低温で発電が行われ、出
力密度が高く、低温で作動するので、電池構成材料の劣
化が少ないこと、起動が容易であること、等の長所があ
り、自動車、電車、船舶、宇宙船等の発電システムに適
用可能なものとして開発が進められている。

【０００３】これまでに提案されている固体高分子電解
質型燃料電池は、図２に一例の概略を示す如く、固体高
分子電解質膜１の両面を白金等の貴金属を触媒とする多
孔質の酸素極（カソード）２と燃料極（アノード）３の
両ガス拡散電極で挟んで重ね合わせてなるセル７をセパ
レータ４を介し積層してスタックとするようにし、各セ
パレータ４には、表裏両面にガス通路５と６を形成し
て、酸素極２側には酸化剤ガスＯＧをガス通路５を通し
て給排させるようにし、又、燃料極３には燃料ガスＦＧ
をガス通路６を通して給排するようにしてある。又、燃
料電池の反応は発熱反応であるため、数セルに１つずつ
冷却部が設けられている。

【０００４】かかる構成の固体高分子電解質型燃料電池
を用いた発電システムとして、自動車用としては、図３
に示す如きシステム構成のものがある。すなわち、固体
高分子電解質型燃料電池Ｉの燃料極入口側に、改質器８
を設置し、燃料タンクＦＴから供給される燃料（メタノ
ール）を燃料予熱器９、燃料蒸発器１０で熱交換させた
後、改質器８に導入するようにし、該改質器８で改質さ
れた燃料ガスＦＧを、冷却器１１で冷却した後、燃料電
池Ｉの燃料極へ供給するようにしてある。一方、燃料電
池Ｉの酸素極の入口側には、酸化剤ガスとして空気Ａを
圧縮機１２で圧縮して供給するようにし、該酸素極から
排出されたカソード排ガスＣＧをタービン１３に導いて
上記圧縮機１２を駆動させるようにしてあり、又、上記
カソード排ガスＣＧの一部と燃料極から排出されたアノ
ード排ガスＡＧの全量を燃焼器１４に導入して燃焼させ
た後、改質器８の燃焼室８ａに導入するようにし、改質
器８の改質室８ｂ内の改質触媒存在下で吸熱反応をさせ
ることによりメタノールを燃料ガスＦＧに改質させるよ
うにしてある。更に、燃料電池Ｉの冷却部１５を通過さ
せられた冷却水を、前記冷却器１１、燃料予熱器９で熱
交換させた後、冷却用空気との熱交換器１６で熱交換さ
せてタンク１７に貯め、ポンプ１８で循環させるように
してあり、一部は蒸気発生器１０ａで水蒸気とさせられ
て改質器８の手前で燃料と混合させられるようにしてあ
る。

【０００５】又、定置型発電用としては、図４に示す如
きシステム構成のものがある。すなわち、燃料としての
メタノールを改質器８で改質した後、改質ガスを改質ガ
ス（燃料ガス）供給ライン１９により途中のＣＯ除去器
２０で一酸化炭素を除去してから燃料電池Ｉの燃料極３
に供給するようにし、一方、酸素極２には、圧縮機２１
で圧縮した空気Ａを酸化剤ガスとして供給するように
し、上記燃料極３から排出されたアノード排ガスＡＧの
すべてと、酸素極２から排出されたカソード排ガスＣＧ
と、酸素極２へ供給する空気の一部と、メタノールの一
部を熱媒加熱器２２に導入して、改質すべきメタノール
をここで予熱して改質器８に導くようにすると共に、熱
媒加熱器２２と改質器８との間で熱媒体を循環させて改
質触媒を吸熱反応させるようにし、熱媒加熱器２２から
排出されたガスは、タービン２３を経て大気へ放出され
るようにしてある。２４は冷却部、２５は水タンク、２
６は水処理装置である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記いずれ
の固体高分子電解質型燃料電池発電システムも、燃料極
３から排出されたアノード排ガスＡＧは、改質器８での
吸熱反応に必要な熱を得るため燃焼させるようにしてあ
り、負荷変動が生じて改質器８で改質するガスの量、燃
料極３での燃料利用率が変動するようなことがあって
も、これに柔軟に対処できるようにはなっていない。こ
れは、図３に示す自動車用の固体高分子電解質型燃料電
池発電システムの場合、出力が１０〜５０ＫＷで、バッ
テリを併用して負荷変動に対応しているのであり、急速
負荷変動はバッテリで対応し、燃料電池発電システムは
バッテリの充電が主体となっているからであり、又、図
４に示す定置型発電用の固体高分子電解質型燃料電池発
電システムの場合は、一定出力運転をベースとしたもの
で、負荷変動にあまり関係ないものである。

【０００７】又、図３に示す自動車用を船舶に応用しよ
うとする場合、船舶では自動車用に比べて出力が大きい
（定格出力１０００〜５００００ＫＷ）ために、自動車
用のようにバッテリだけで負荷変動に対応しようとすれ
ば、バッテリの必要容量が非常に大きくなり、スペース
及び重量の点で船舶への搭載が不可能になるという問題
があり、又、図４に示す定置型発電用を船舶に搭載しよ
うとする場合は、熱媒加熱器２２と改質器８を別置きと
して、その間で熱媒体を循環させるようにしているため
船のように出力が大きくなると熱媒関係の装置が大きく
なり、スペース的に付けられないという問題がある。

【０００８】そこで、本発明は、船舶に搭載して用いる
場合に過大なバッテリを搭載することなく船舶として必
要な負荷変動条件を実現でき、又、自動車用としてもバ
ッテリとの併用の必要がなく負荷変動に対応できるよう
な固体高分子電解質型燃料電池発電装置を提供しようと
するものである。

【０００９】

【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、固体高分子電解質膜を酸素極と燃料極で
挟み、酸素極側に酸化剤ガスを供給すると共に、燃料極
側に燃料ガスを供給するようにしたものをセルとして、
各セルをセパレータを介し多層に積層するようにしてな
る燃料電池の外側に改質器を設置し、燃料を改質器で改
質して燃料電池の燃料極に供給し、該燃料極から排出さ
れたアノード排ガスを、上記改質器の燃焼室に供給する
ようにしてある固体高分子電解質型燃料電池発電装置に
おいて、上記アノード排ガスを改質器の燃焼室に導く排
ガスラインを分岐して、アノード排ガスをバイパスさせ
るバイパスラインを設け、且つバイパスラインと該バイ
パスラインの分岐点より下流側のアノード排ガスライン
にそれぞれ流量調節弁を設け、該各流量調節弁を改質器
燃焼室の温度に応じて調節するようにした構成とする。

【００１０】負荷増加時に改質器に入る燃料（メタノー
ル）の流量が急に増大して改質器での改質用熱が不足す
るような場合は、改質器燃焼室の温度により、バイパス
する量を抑えて改質器燃焼室へ供給されるアノード排ガ
スの流量を増大させるようにし、逆に、負荷減少時は改
質器に供給される燃料の流量が減少して改質器での改質
温度が高くなり過ぎないように、アノード排ガスのバイ
パス流量を増やすようにする。これにより負荷変動があ
っても改質器の温度を一定に保つことができ改質率を安
定して高く保つことができる。

【００１１】又、バイパスラインを触媒燃焼器に接続し
てアノード排ガスを燃焼させるようにし、更に燃焼ガス
をタービンへ導いてから蒸発器等へ流すようにすること
により、余剰のアノード排ガスの熱エネルギーを有効に
利用することができる。

【００１２】更に、排ガスタービンに発電機−電動機セ
ットを設けることにより、負荷上昇時に圧縮機動力の不
足分を電動機で補助でき、負荷減少時にタービンの余剰
動力を発電機で吸収できる。

【００１３】ガスリザーバを燃料極の入口側に設けるこ
とにより、負荷上昇時はリザーブしたガスを使用でき、
負荷減少時は余剰のガスをリザーブできる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１５】図１は本発明の固体高分子電解質型燃料電
池発電装置の実施の形態を示すもので、図４に示す定置
型発電用と同様に固体高分子電解質膜１を酸素極（カソ
ード）２と燃料極（アノード）３の両電極で挟んでなる
セルをセパレータを介して積層し且つ任意のセルに冷却
部２４を有してスタックとしてなる固体高分子電解質型
燃料電池Ｉの外側に、改質器８が設置してある構成にお
いて、燃料としてのメタノールをメタノールタンク２７
からメタノールポンプ２８で加圧して蒸発器２９、予熱
器３０を経て改質器８の改質室に供給するようにし、該
改質器８で改質されたガス（燃料ガス）を、上記予熱器
３０、ＣＯコンバータ３１、熱交換器３２、ＣＯ除去器
３３、熱交換器３４を経て１００℃以下にし、更に、改
質ガスリザーバ３５を通し、加湿器３６を経て燃料極３
に供給するようにし、且つ該燃料極３から排出されたア
ノード排ガスＡＧを、気水分離器３７で水分を除去した
後、アノード排ガスライン３８により改質器８の燃焼室
に供給し燃焼させるようにすると共に、アノード排ガス
ＡＧの一部を、アノード排ガスライン３８より分岐した
バイパスライン３９によりバイパスさせて触媒燃焼器４
０に導入するようにし、更に、上記アノード排ガスライ
ン３８とバイパスライン３９に流量調節弁４１と４２を
設け、改質器８の燃焼室の温度を検出する温度計４３か
らの検出温度に応じてアノード排ガス流量を調節するよ
う流量調節弁４１，４２をコントロールする制御部４４
を設ける。

【００１６】又、上記触媒燃焼器４０には、改質器８か
ら排出された燃焼ガスを燃焼ガスライン４５を通して導
入するようにすると共に、排ガスタービン４６で駆動さ
せられる圧縮機４７で圧縮された空気の一部を導入し
て、ここでアノード排ガス中の未反応分を燃焼させるよ
うにし、触媒燃焼器４０へ入るバイパスライン３９から
のアノード排ガスの量が少ないときには、メタノールタ
ンク２７内からメタノールの一部をポンプ４８で加圧し
て触媒燃焼器４０へ導入して燃焼させるようにし、該触
媒燃焼器４０から排出された排ガスを排ガスタービン４
６に導入して仕事をさせるようにし、該排ガスタービン
４６の余剰エネルギーを発電機−電動機セットＧＭの発
電機で電気エネルギーに変換させて有効利用できるよう
にし、又、排ガスタービン４６から排出したガスを、蒸
気発生器４９、メタノール蒸発器２９に順次導いて、触
媒燃焼器４０からの排ガスの熱エネルギーを利用するよ
うにし、蒸気発生器４９で発生した蒸気を蒸気ライン５
０を通して予熱器３０の上流側でメタノールに合流させ
るようにする。

【００１７】一方、燃料電池Ｉの酸素極２には、圧縮機
４７で圧縮された空気を空気供給ライン５１により熱交
換器（空気冷却器）５２、加湿器３６を経て供給するよ
うにし、酸素極２から排出されたカソード排ガスＣＧ
は、熱交換器５３、気水分離器５４、熱交換器５２を経
て改質器８の燃焼室に供給するようにしてあり、又、空
気供給ライン５１より分岐した分岐ライン５５をＣＯ除
去器３３入口側の改質ガス（燃料ガス）ライン１９に接
続し、空気の一部を改質ガスに合流させてＣＯ除去器３
３でＣＯを除去できるようにしてある。

【００１８】又、改質器８の燃焼室とメタノールタンク
２７とをライン５６で接続して、メタノールの一部を改
質器８の燃焼室へ供給できるようにする。

【００１９】なお、５７は水タンクで、水タンク５７か
ら取り出した水をポンプ５８で加圧し、更に冷却用空気
との熱交換器５９で冷却した後、加湿器３６を経て燃料
電池Ｉ中の冷却部２４に供給するようにし、冷却部２４
から排出された水を上記水タンク５７に戻すようにして
ある。６０は補給水タンクで、カソード排ガスライン上
の気水分離器５４で分離された水や補給水６１等が供給
されるようにしてある。６２は水処理装置、６３は流量
調節弁である。又、図中、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは水、蒸気の
ラインの接続を示すものである。

【００２０】燃料としてのメタノールは、メタノールポ
ンプ２８で加圧された後、メタノール蒸発器２９、予熱
器３０を経て改質器８の改質室側へ供給され、ここで、
改質器８の燃焼室での燃焼熱を吸熱して改質反応が行わ
れ、燃料ガスＦＧとして改質器８から排出される。改質
ガスは、ＣＯコンバータ３１、熱交換器３２、ＣＯ除去
器３３、熱交換器３４、改質ガスリザーバ３５を経て燃
料電池Ｉの燃料極３へ供給される。

【００２１】一方、燃料電池Ｉの酸素極２には、酸化剤
ガスＯＧとして空気が供給され、燃料極３と酸素極２で
それぞれ反応が行われる。

【００２２】燃料極３から排出されたアノード排ガスＡ
Ｇは、気水分離器３７で水分が除去されてアノード排ガ
スライン３８により改質器８の燃焼室へ供給され、酸素
極２から排出されたカソード排ガスＣＧが改質器８の燃
焼室へ供給されることにより燃焼させられ、改質に必要
な温度が与えられる。

【００２３】本発明においては、改質器８での吸熱反応
に必要な温度が得られるだけのアノード排ガス流量が燃
焼室側に供給されると、余剰のアノード排ガスをバイパ
スライン３９を通して触媒燃焼器４０にバイパスさせる
ようにしてあり、負荷変動に応じて改質器８の燃焼室に
入るアノード排ガスＡＧの量及びバイパスするアノード
排ガスＡＧの量を流量調節弁４１と４２により調節でき
るようにし、この流量調節弁４１と４２の調節を、改質
器８の燃焼室の温度を基にして制御部４４で行われるよ
うにしてある。したがって、負荷変動に応じて改質器８
に供給されるメタノールの流量が変わっても、常に一定
の改質温度となるように燃焼室側へ供給されるアノード
排ガスの流量をコントロールすることができる。

【００２４】今、負荷増加時は、燃料電池で消費する水
素が負荷上昇に伴って増加するので、先行制御により改
質器８の改質室へのメタノールの量を増加する。これに
より改質器８では改質に必要な熱が不足するため、流量
調節弁４１と４２の開度を調節して改質器８の燃焼室側
へ供給されるアノード排ガスの量をバイパスする量より
も多くするようにし、逆に、負荷が減少するときは、燃
料電池で消費する水素が減少するので、改質器８へのメ
タノールの量が減少する。

【００２５】この場合は、改質器８の燃焼室へのアノー
ド排ガスの供給量が多いと燃焼室の温度が上がり過ぎる
ので、流量調節弁４１と４２を調節してバイパスする量
を多くするようにする。又、燃料電池Ｉの燃料極３での
燃料利用率が多いときで、改質器８の燃焼室側へのアノ
ード排ガス流量が不足するようなときは、バイパスライ
ン３９上の流量調節弁４２を閉じてアノード排ガスをバ
イパスさせないようにすることができる。このように、
改質ガス温度が変化して改質率等が大幅に変化する前に
改質器８の燃焼室側の温度に基づいてアノード排ガスの
バイパス量を制御するようにした、いわゆる先行制御を
採用しているので、負荷変動の追従性を向上させること
ができ、従来の如きバッテリ併用とする必要がなく、バ
ッテリの依存度を低くすることができる。

【００２６】次に、圧縮機動力を負荷に追従させるよう
にするが、本発明では、触媒燃焼器４０にバイパスさせ
たアノード排ガスを該触媒燃焼器４０で燃焼させて熱エ
ネルギーに変換し、この熱エネルギーを利用する排ガス
タービン４６に、発電機−電動機セットＧＭを設けた構
成としてあるので、負荷減少時には、発電機−電動機セ
ットＧＭの発電機で排ガスタービン４６の余剰エネルギ
ーを電気エネルギーに変換し、一部をバッテリに貯蔵す
る等の有効利用を図ることができ、又、負荷増加時は酸
素極２への空気量を増加する必要があるが、発電機−電
動機セットＧＭの電動機で圧縮機４７に不足動力を補助
するようにして、供給空気量を増加するための圧縮機の
負荷追従性を向上させることが可能となる。

【００２７】更に、改質ガス供給ライン１９の途中に、
改質ガスリザーバ３５が設けてあって、該改質ガス供給
ライン１９の圧力を流量調節弁６３より下流の圧力より
も少し高く保っておくことができ、したがって、負荷減
少時には下流の流量調節弁６３を少し閉じて余剰の改質
ガスを改質ガスリザーバ３５に一時的にリザーブするこ
とができ、又、負荷上昇時に燃料電池における改質ガス
が不足すると、流量調節弁６３を少し開けて改質ガスリ
ザーバ３５中の改質ガスを燃料電池Ｉの燃料極３に供給
するようにすることができる。これにより負荷減少時に
余る改質ガスや負荷上昇時に不足する改質ガスを出来る
だけ少なくすることができる。

【００２８】

【実施例】次に、本発明者の行った解析結果について説
明する。 ［実施例１］改質器８へ供給されるメタノールの流量を
１７９kg／Ｈ、メタノールに合流させる蒸気流量を１４
０．９kg／Ｈ、改質器の改質温度を２５０℃、燃料電池
Ｉの燃料極３へ供給する改質ガス流量を３３６．３kg／
Ｈ、改質ガス温度を７２℃、燃料電池Ｉの運転温度を７
５℃、酸素極２へ供給する空気流量を１７５２．３kg／
Ｈ、空気温度を７２℃、アノード排ガスＡＧの流量を２
７３．５kg／Ｈ、温度を７８．１℃、アノード排ガス流
量中、改質器８の燃焼室に送るアノード排ガス流量を１
６１．５kg／Ｈ、バイパスする流量を１１２．１kg／Ｈ
とした運転条件で１００％負荷計算を行った。

【００２９】その結果、燃料電池出力Ｗ_F が５０６．６
ＫＷ、タービン圧縮機余剰動力Ｗ_rが７．８ＫＷ、補機
軸動力Ｗ_A が１１．１ＫＷ、冷却水タンクヒータ電力Ｗ
_H が０．０ＫＷ、メタノール発熱量Ｑが９５５９１３Ｋ
cal ／Ｈで、正味出力は５０１．４ＫＷ、効率ηは０．
４５１１であった。 ［実施例２］改質器８へ供給されるメタノールの流量を
８７．４kg／Ｈ、メタノールに合流させる蒸気流量を６
８．８kg／Ｈ、改質器の改質温度を２５０℃、燃料電池
Ｉの燃料極３へ供給する改質ガス流量を１８７．４kg／
Ｈ、改質ガス温度を７２℃、燃料電池Ｉの運転温度を７
５℃、酸素極２へ供給する空気流量を９００．９kg／
Ｈ、空気温度を７２℃、アノード排ガスＡＧの流量を１
３９．１kg／Ｈ、温度を７８．１℃、アノード排ガス流
量中、改質器８の燃焼室に送るアノード排ガス流量を１
１２．９kg／Ｈ、バイパスする流量を２６．２kg／Ｈと
した運転条件で５０％負荷計算を行った。

【００３０】その結果、燃料電池出力Ｗ_F が２５６．８
ＫＷ、タービン圧縮機余剰動力Ｗ_rが０．１ＫＷ、補機
軸動力Ｗ_A が５．０ＫＷ、冷却水タンクヒータ電力Ｗ_H
が１．７ＫＷ、メタノール発熱量Ｑが４６６７６９Ｋca
l ／Ｈで、正味出力は２４９．９ＫＷ、効率ηは０．４
６０４であった。 ［実施例３］改質器８へ供給されるメタノールの流量を
２０．８kg／Ｈ、メタノールに合流させる蒸気流量を１
６．４kg／Ｈ、改質器の改質温度を２５０℃、燃料電池
Ｉの燃料極３へ供給する改質ガス流量を４２．７kg／
Ｈ、改質ガス温度を７２℃、燃料電池Ｉの運転温度を７
５℃、酸素極２へ供給する空気流量を１７３．２kg／
Ｈ、空気温度を７２℃、アノード排ガスＡＧの流量を３
４．６kg／Ｈ、温度を７８．１℃、アノード排ガス流量
中、改質器８の燃焼室に送るアノード排ガス流量を１
６．５kg／Ｈ、バイパスする流量を１８．１kg／Ｈとし
た運転条件で１０％負荷計算を行った。

【００３１】その結果、燃料電池出力Ｗ_F が５６．０６
ＫＷ、タービン圧縮機余剰動力Ｗ_rが−２．８０ＫＷ、
補機軸動力Ｗ_A が１．３９ＫＷ、冷却水タンクヒータ電
力Ｗ_H が０．０ＫＷ、メタノール発熱量Ｑが１１１２３
２Ｋcal ／Ｈで、正味出力は５０．８６ＫＷ、効率ηは
０．３９３２であった。

【００３２】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の固体高分子電
解質型燃料電池発電装置によれば、負荷変動で改質器へ
のメタノール流量が増大するときに改質反応に必要な熱
が不足しないように改質器燃焼室へ供給されるアノード
排ガス流量を増やし、負荷減少時に改質器へのメタノー
ル供給量が少ないときは改質温度が高くなり過ぎないよ
うに改質器燃焼室へ供給されるアノード排ガス流量を少
なくしてバイパスする量を増やすことができて、改質器
の改質温度を一定に保つことができ、又、酸素極へ供給
する空気の圧縮機動力を負荷に追従させるために、動力
不足分は排ガスタービンに設けた発電機−電動機セット
の電動機で補うことができると共に、負荷減少時のター
ビン余剰動力を発電機で吸収させることができて空気系
の追従性をよくすることができ、更に、負荷上昇により
燃料電池における改質ガスが不足すると、改質ガスリザ
ーバの中の改質ガスを燃料極へ供給でき、逆に、負荷減
少により燃料電池における水素の消費量が減少すると余
剰の改質ガスを改質ガスリザーバに貯えることができ、
これらの作用により負荷変動に対する適応性を向上させ
ることができる。したがって、船舶の推進用電源として
用いた場合に、出力１０００〜５００００ＫＷでも、過
大バッテリを搭載しないで船舶として必要な負荷変動条
件（負荷変動幅１０％〜１００％出力、負荷変動速度最
大約２０％／秒）を実現できて、コンパクトで熱効率の
よいシステムを実現でき、又、自動車に用いても、従来
のバッテリとの併用の必要がない、という優れた効果を
奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体高分子電解質型燃料電池発電装置
の実施の形態を示すシステム構成図である。

【図２】固体高分子電解質型燃料電池の一例を示す断面
図である。

【図３】従来の自動車用の固体高分子電解質型燃料電池
発電装置のシステム構成図である。

【図４】従来の定置型発電用の固体高分子電解質型燃料
電池発電装置のシステム構成図である。

【符号の説明】

Ｉ 燃料電池 １ 固体高分子電解質膜 ２ 酸素極 ３ 燃料極 ４ セパレータ ７ セル ８ 改質器 １９ 改質ガス（燃料ガス）供給ライン ２７ メタノールタンク ３５ 改質ガスリザーバ ３８ アノード排ガスライン ３９ バイパスライン ４０ 触媒燃焼器 ４１ 流量調節弁 ４２ 流量調節弁 ４３ 温度計 ４４ 制御部 ４６ 排ガスタービン ４７ 圧縮機 ４９ 蒸気発生器 ＡＧ アノード排ガス ＣＧ カソード排ガス ＧＭ 発電機−電動機セット

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体高分子電解質膜を酸素極と燃料極で
   挟み、酸素極側に酸化剤ガスを供給すると共に、燃料極
   側に燃料ガスを供給するようにしたものをセルとして、
   各セルをセパレータを介し多層に積層するようにしてな
   る燃料電池の外側に改質器を設置し、燃料を改質器で改
   質して燃料電池の燃料極に供給し、該燃料極から排出さ
   れたアノード排ガスを、上記改質器の燃焼室に供給する
   ようにしてある固体高分子電解質型燃料電池発電装置に
   おいて、上記アノード排ガスを改質器の燃焼室に導く排
   ガスラインを分岐して、アノード排ガスをバイパスさせ
   るバイパスラインを設け、且つバイパスラインと該バイ
   パスラインの分岐点より下流側のアノード排ガスライン
   にそれぞれ流量調節弁を設け、該各流量調節弁を改質器
   燃焼室の温度に応じて調節するようにしたことを特徴と
   する固体高分子電解質型燃料電池発電装置。
2. 【請求項２】 バイパスラインを触媒燃焼器に接続し、
   アノード排ガスの余剰分を触媒燃焼器で燃焼させるよう
   にした請求項１記載の固体高分子電解質型燃料電池発電
   装置。
3. 【請求項３】 触媒燃焼器からの燃焼ガスを排ガスター
   ビンに導き、該排ガスタービンからの排ガスを蒸気発生
   器、メタノール蒸発器に導くようにして、触媒燃焼器か
   らの燃焼ガスの熱エネルギーを排ガスタービン、蒸気発
   生器、メタノール蒸発器で利用できるようにした請求項
   ２記載の固体高分子電解質型燃料電池発電装置。
4. 【請求項４】 圧縮機を駆動する排ガスタービンに、発
   電機−電動機セットを設け、負荷増加時の圧縮機動力の
   不足分を電動機で補助するようにし、負荷減少時のター
   ビン余剰動力を発電機で吸収するようにした請求項３記
   載の固体高分子電解質型燃料電池発電装置。
5. 【請求項５】 改質器で改質された燃料ガスを燃料電池
   の燃料極へ供給する改質ガス供給ラインの途中に、ガス
   リザーバを設けた請求項１、２、３又は４記載の固体高
   分子電解質型燃料電池発電装置。