JPH1012258A - 内部改質型固体電解質燃料電池モジュール - Google Patents
内部改質型固体電解質燃料電池モジュールInfo
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- JPH1012258A JPH1012258A JP8161290A JP16129096A JPH1012258A JP H1012258 A JPH1012258 A JP H1012258A JP 8161290 A JP8161290 A JP 8161290A JP 16129096 A JP16129096 A JP 16129096A JP H1012258 A JPH1012258 A JP H1012258A
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- 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
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体電解質型燃料電池の実用機に適用される
内部改質型固体電解質燃料電池モジュールを提供する。 【解決手段】 発電室１１に固体電解質燃料電池を直列
に接続した燃料電池スタック１２と、上記発電室１１の
燃料電池に燃料２２としての天然ガス及び蒸気を供給す
る燃料供給室１３と、上記燃料電池反応により発生した
燃料排ガス及び未反応ガスを排出燃料２５として外部へ
排出する燃料排出室１４と、上記発電室１１に供給する
空気２４と排出空気２６との熱交換を行う熱交換器１７
とを備え、これらを断熱材１９で包囲してなる固体電解
質燃料電池発電装置において、上記燃料供給室１３に水
蒸気改質触媒を有するプレリフォーマ３１を配置し、上
記燃料電池スタック１２に供給される前の燃料２２の天
然ガスと水蒸気との改質反応を行わせると共に、その時
の吸熱反応によって、発電時の排熱を吸収させてなる。
内部改質型固体電解質燃料電池モジュールを提供する。 【解決手段】 発電室１１に固体電解質燃料電池を直列
に接続した燃料電池スタック１２と、上記発電室１１の
燃料電池に燃料２２としての天然ガス及び蒸気を供給す
る燃料供給室１３と、上記燃料電池反応により発生した
燃料排ガス及び未反応ガスを排出燃料２５として外部へ
排出する燃料排出室１４と、上記発電室１１に供給する
空気２４と排出空気２６との熱交換を行う熱交換器１７
とを備え、これらを断熱材１９で包囲してなる固体電解
質燃料電池発電装置において、上記燃料供給室１３に水
蒸気改質触媒を有するプレリフォーマ３１を配置し、上
記燃料電池スタック１２に供給される前の燃料２２の天
然ガスと水蒸気との改質反応を行わせると共に、その時
の吸熱反応によって、発電時の排熱を吸収させてなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体電解質型燃料電
池の実用機に適用される内部改質型固体電解質燃料電池
モジュールに関する。
池の実用機に適用される内部改質型固体電解質燃料電池
モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）の実用機に適用される内部改質型固体電解質燃料電
池モジュールの開発が検討されている。この内部改質と
は、天然ガス（都市ガス）と水蒸気とを高温固体電解質
燃料電池の燃料極であるニッケル電極で水蒸気改質反応
を生じさせ、燃料電池で発生する熱の一部を水蒸気改質
反応の吸熱反応熱として利用する技術である。しかし高
温固体電解質燃料電池の作動温度は約８００℃から１０
００℃と高く、水蒸気と天然ガス中のＣ（炭素）のモル
比であるＳ／Ｃが３以上でも燃料極でカーボンが発生す
る。
Ｃ）の実用機に適用される内部改質型固体電解質燃料電
池モジュールの開発が検討されている。この内部改質と
は、天然ガス（都市ガス）と水蒸気とを高温固体電解質
燃料電池の燃料極であるニッケル電極で水蒸気改質反応
を生じさせ、燃料電池で発生する熱の一部を水蒸気改質
反応の吸熱反応熱として利用する技術である。しかし高
温固体電解質燃料電池の作動温度は約８００℃から１０
００℃と高く、水蒸気と天然ガス中のＣ（炭素）のモル
比であるＳ／Ｃが３以上でも燃料極でカーボンが発生す
る。
【０００３】そのため、従来においては、固体電解質燃
料電池へ供給する前に水蒸気改質触媒有する改質反応器
を設け、外部にて改質反応を行った後、燃料を電池へ供
給している。
料電池へ供給する前に水蒸気改質触媒有する改質反応器
を設け、外部にて改質反応を行った後、燃料を電池へ供
給している。
【０００４】図４は従来の固体電解質燃料電池発電装置
の概略を示す。図４中、１１は発電室、１２は固体電解
質燃料電池スタック、１３は燃料供給室、１４は燃料排
出室、１５は改質装置、１６は燃料供給管、１７は空気
熱交換器、１８は空気排出管、１９は断熱材、２０は上
部管板、２１は下部管板、２２は燃料、２３は改質ガ
ス、２４は空気、２５は排出燃料及び２６は排出空気を
各々図示する。同図に示すように、発電室１１内には固
体電解質燃料電池スタック（以下「燃料電池スタック」
という）１２が複数直列に接続されている。燃料２２と
しての天然ガス（都市ガス）と水蒸気は改質装置１５に
供給され、水素（Ｈ2 ）と一酸化炭素（ＣＯ）とに改質
され、ここで改質された改質ガス２３を発電装置の上部
に設けられた燃料供給室１３に供給している。この改質
ガス２３は燃料供給室１３から燃料供給管１６を通っ
て、燃料電池スタック１２に供給されて発電に使用され
た後、燃料排出室１４に集められ、排出燃料２５として
外部に排気される。一方、空気２４は発電装置の下部に
設けられた空気交換器１７により排出空気２６との間で
再生熱交換を行い、予熱された後、発電室１１に供給さ
れる。該発電室１１内で発電に供され、８００〜１００
０℃に加熱された排出空気２６は空気排出管１８に集め
られ、熱交換器１７に送られ、熱交換後排気される。な
お、発電室１１内は８００〜１０００℃の高温に保つ必
要があるので、発電装置全体は断熱材１９により保温さ
れている。
の概略を示す。図４中、１１は発電室、１２は固体電解
質燃料電池スタック、１３は燃料供給室、１４は燃料排
出室、１５は改質装置、１６は燃料供給管、１７は空気
熱交換器、１８は空気排出管、１９は断熱材、２０は上
部管板、２１は下部管板、２２は燃料、２３は改質ガ
ス、２４は空気、２５は排出燃料及び２６は排出空気を
各々図示する。同図に示すように、発電室１１内には固
体電解質燃料電池スタック（以下「燃料電池スタック」
という）１２が複数直列に接続されている。燃料２２と
しての天然ガス（都市ガス）と水蒸気は改質装置１５に
供給され、水素（Ｈ2 ）と一酸化炭素（ＣＯ）とに改質
され、ここで改質された改質ガス２３を発電装置の上部
に設けられた燃料供給室１３に供給している。この改質
ガス２３は燃料供給室１３から燃料供給管１６を通っ
て、燃料電池スタック１２に供給されて発電に使用され
た後、燃料排出室１４に集められ、排出燃料２５として
外部に排気される。一方、空気２４は発電装置の下部に
設けられた空気交換器１７により排出空気２６との間で
再生熱交換を行い、予熱された後、発電室１１に供給さ
れる。該発電室１１内で発電に供され、８００〜１００
０℃に加熱された排出空気２６は空気排出管１８に集め
られ、熱交換器１７に送られ、熱交換後排気される。な
お、発電室１１内は８００〜１０００℃の高温に保つ必
要があるので、発電装置全体は断熱材１９により保温さ
れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したような燃料電
池の発電装置において、燃料改質反応は吸熱反応である
ため、従来は改質器１５を加熱する必要があったため、
発電システムの効率が低かった。また、発電装置は上部
から排出燃料２５が系外に持ち出す放熱量が多く、発電
装置内での回収熱量が低いという問題がある。
池の発電装置において、燃料改質反応は吸熱反応である
ため、従来は改質器１５を加熱する必要があったため、
発電システムの効率が低かった。また、発電装置は上部
から排出燃料２５が系外に持ち出す放熱量が多く、発電
装置内での回収熱量が低いという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の内部改質型固体電解質燃料電池モジュールは、発電
室に固体電解質燃料電池を直列に接続した燃料電池スタ
ックと、上記発電室の燃料電池に燃料を供給する燃料供
給室と、上記燃料電池で反応した燃料排ガス及び未反応
ガスを外部へ排出する燃料排出室と、上記発電室に供給
する空気と排出空気との熱交換を行う熱交換器とを備
え、これらを断熱材で包囲してなる固体電解質燃料電池
発電装置において、上記燃料供給室に水蒸気改質触媒を
配置し、燃料電池スタックに供給される前の燃料と水蒸
気の改質反応を行わせると共に、その時の吸熱反応によ
って、発電時の排熱を吸収させてなることを特徴とする
ものである。
明の内部改質型固体電解質燃料電池モジュールは、発電
室に固体電解質燃料電池を直列に接続した燃料電池スタ
ックと、上記発電室の燃料電池に燃料を供給する燃料供
給室と、上記燃料電池で反応した燃料排ガス及び未反応
ガスを外部へ排出する燃料排出室と、上記発電室に供給
する空気と排出空気との熱交換を行う熱交換器とを備
え、これらを断熱材で包囲してなる固体電解質燃料電池
発電装置において、上記燃料供給室に水蒸気改質触媒を
配置し、燃料電池スタックに供給される前の燃料と水蒸
気の改質反応を行わせると共に、その時の吸熱反応によ
って、発電時の排熱を吸収させてなることを特徴とする
ものである。
【０００７】すなわち、固体電解質燃料発電装置の燃料
供給室内に水蒸気改質用の触媒を有する改質装置を配設
することにより、発電室内の燃料電池スタックに供給さ
せる前の燃料と水蒸気とに改質反応を起こさせ、そのと
きの吸熱反応により、発電時に発生する排熱を吸収させ
るようにした。
供給室内に水蒸気改質用の触媒を有する改質装置を配設
することにより、発電室内の燃料電池スタックに供給さ
せる前の燃料と水蒸気とに改質反応を起こさせ、そのと
きの吸熱反応により、発電時に発生する排熱を吸収させ
るようにした。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を説明す
る。
る。
【０００９】図１は本発明の実施の形態にかかる固体電
解質燃料発電装置の概略図である。同図に示すように、
固体電解質燃料発電装置は、発電室１１に固体電解質燃
料電池を直列に接続した燃料電池スタック１２と、上記
発電室１１の燃料電池に燃料２２としての天然ガス及び
蒸気を供給する燃料供給室１３と、上記燃料電池反応に
より発生した燃料排ガス及び未反応ガスを排出燃料２５
として外部へ排出する燃料排出室１４と、上記発電室１
１に供給する空気２４と排出空気２６との熱交換を行う
熱交換器１７とを備え、これらを断熱材１９で包囲して
なる固体電解質燃料電池発電装置において、上記燃料供
給室１３に水蒸気改質触媒を有するプレリフォーマ３１
を配置し、上記燃料電池スタック１２に供給される前の
燃料２２の天然ガスと水蒸気との改質反応を行わせると
共に、その時の吸熱反応によって、発電時の排熱を吸収
させてなるものである。
解質燃料発電装置の概略図である。同図に示すように、
固体電解質燃料発電装置は、発電室１１に固体電解質燃
料電池を直列に接続した燃料電池スタック１２と、上記
発電室１１の燃料電池に燃料２２としての天然ガス及び
蒸気を供給する燃料供給室１３と、上記燃料電池反応に
より発生した燃料排ガス及び未反応ガスを排出燃料２５
として外部へ排出する燃料排出室１４と、上記発電室１
１に供給する空気２４と排出空気２６との熱交換を行う
熱交換器１７とを備え、これらを断熱材１９で包囲して
なる固体電解質燃料電池発電装置において、上記燃料供
給室１３に水蒸気改質触媒を有するプレリフォーマ３１
を配置し、上記燃料電池スタック１２に供給される前の
燃料２２の天然ガスと水蒸気との改質反応を行わせると
共に、その時の吸熱反応によって、発電時の排熱を吸収
させてなるものである。
【００１０】ここで、燃料２２として供給される天然ガ
ス（都市ガス）と水蒸気とは、従来とは異なり、発電室
上部の燃料供給室１３内に直接供給されている。この供
給された燃料２２は、図２に示すように、燃料供給間１
６の上端部に設置されたプレリフォーマ３１の内部に設
けた改質触媒によって、水素（Ｈ2 ）と一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）とに改質される。
ス（都市ガス）と水蒸気とは、従来とは異なり、発電室
上部の燃料供給室１３内に直接供給されている。この供
給された燃料２２は、図２に示すように、燃料供給間１
６の上端部に設置されたプレリフォーマ３１の内部に設
けた改質触媒によって、水素（Ｈ2 ）と一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）とに改質される。
【００１１】また、プレリフォーマ３１と周辺の金属部
品３２等の導電材料に接触すると、短絡・地絡するおそ
れがある場合には、図４に示すように、プレリフォーマ
４１を絶縁材４２等の絶縁材で覆うようにする必要があ
る。
品３２等の導電材料に接触すると、短絡・地絡するおそ
れがある場合には、図４に示すように、プレリフォーマ
４１を絶縁材４２等の絶縁材で覆うようにする必要があ
る。
【００１２】上記プレリフォーマ３１によって改質され
た改質ガス２３は、燃料供給管１６内を通って、燃料電
池スタック１２に供給され、発電に使用され、発電に使
用された後、燃料排出室１６に集められ、排出燃料２５
として系外に排気される。
た改質ガス２３は、燃料供給管１６内を通って、燃料電
池スタック１２に供給され、発電に使用され、発電に使
用された後、燃料排出室１６に集められ、排出燃料２５
として系外に排気される。
【００１３】一方、空気２４は発電装置の下部に設けら
れた空気熱交換器１７により排出空気２６との間で再生
熱交換を行い、予熱された後、発電室１１に供給され
る。ここで、空気２４は発電室１１内で発電に供され、
その後８００〜１０００℃に加熱された排出空気２６
は、空気排出管１８に集められ、熱交換器１７に送ら
れ、外部に排気される。なお、従来と同様に発電室１１
内は、８００〜１０００℃の高温に保つ必要があるの
で、発電装置全体は断熱材１９により保温されている。
れた空気熱交換器１７により排出空気２６との間で再生
熱交換を行い、予熱された後、発電室１１に供給され
る。ここで、空気２４は発電室１１内で発電に供され、
その後８００〜１０００℃に加熱された排出空気２６
は、空気排出管１８に集められ、熱交換器１７に送ら
れ、外部に排気される。なお、従来と同様に発電室１１
内は、８００〜１０００℃の高温に保つ必要があるの
で、発電装置全体は断熱材１９により保温されている。
【００１４】このような構成の固体電解質型燃料電池発
電装置において、燃料供給室１４内のプレリフォーマ３
１で起こる天然ガス（都市ガス）と水蒸気との吸熱反応
により、水素（Ｈ2 ）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質され
るが、この反応熱は燃料排出室１６から外部に排気され
る排燃料及び発電室からの加熱により得ることとし、ま
た、この吸熱反応により、燃料供給室１３・排出室１６
の温度を下げ、管板２０，２１の酸化（空気及び水蒸気
による酸化）を低減させるようにしている。具体的に
は、下部管板２１からの輻射熱及び燃料排出室１４から
の外部に排気される排出燃料２５が有する排熱より得る
ようにしている。
電装置において、燃料供給室１４内のプレリフォーマ３
１で起こる天然ガス（都市ガス）と水蒸気との吸熱反応
により、水素（Ｈ2 ）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質され
るが、この反応熱は燃料排出室１６から外部に排気され
る排燃料及び発電室からの加熱により得ることとし、ま
た、この吸熱反応により、燃料供給室１３・排出室１６
の温度を下げ、管板２０，２１の酸化（空気及び水蒸気
による酸化）を低減させるようにしている。具体的に
は、下部管板２１からの輻射熱及び燃料排出室１４から
の外部に排気される排出燃料２５が有する排熱より得る
ようにしている。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る固体
電解質型燃料電池モジュールによれば、発電室内の上部
の燃料供給室に燃料改質用のプレリフォーマを設置して
いるため、モジュール上部への損失熱等を利用して燃料
改質反応を行うことが可能となり、改質用の燃料や排出
空気による加熱が不要である。また、発電装置の外部に
改質用の装置が不要となるので、プラント構成の簡素化
が図られ、且つ大幅なコストの低下を実現できる。
電解質型燃料電池モジュールによれば、発電室内の上部
の燃料供給室に燃料改質用のプレリフォーマを設置して
いるため、モジュール上部への損失熱等を利用して燃料
改質反応を行うことが可能となり、改質用の燃料や排出
空気による加熱が不要である。また、発電装置の外部に
改質用の装置が不要となるので、プラント構成の簡素化
が図られ、且つ大幅なコストの低下を実現できる。
【図１】本発明の実施の形態にかかる固体高分子電解質
燃料電池発電装置の概略図である。
燃料電池発電装置の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかるプレリフォーマ装
置を配置した発電装置の部分概略図である。
置を配置した発電装置の部分概略図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかるプレリフォーマ装
置の構成図である。
置の構成図である。
【図４】従来の固体高分子電解質燃料電池発電装置の概
略図である。
略図である。
１１ 発電室 １２ 固体電解質燃料電池スタック １３ 燃料供給室 １４ 燃料排出室 １６ 燃料供給管 １７ 空気熱交換器 １８ 空気排出管 １９ 断熱材 ２０ 上部管板 ２１ 下部管板 ２２ 燃料 ２３ 改質ガス ２４ 空気 ２５ 排出燃料 ２６ 排出空気 ３１ プレリフォーマ
Claims (1)
- 【請求項１】 発電室に固体電解質燃料電池を直列に接
続した燃料電池スタックと、上記発電室の燃料電池に燃
料を供給する燃料供給室と、上記燃料電池で反応した燃
料排ガス及び未反応ガスを外部へ排出する燃料排出室
と、上記発電室に供給する空気と排出空気との熱交換を
行う熱交換器とを備え、これらを断熱材で包囲してなる
固体電解質燃料電池発電装置において、 上記燃料供給室に水蒸気改質触媒を配置し、燃料電池ス
タックに供給される前の燃料と水蒸気の改質反応を行わ
せると共に、その時の吸熱反応によって、発電時の排熱
を吸収させてなることを特徴とする内部改質型固体電解
質燃料電池モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8161290A JPH1012258A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 内部改質型固体電解質燃料電池モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8161290A JPH1012258A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 内部改質型固体電解質燃料電池モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1012258A true JPH1012258A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=15732306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8161290A Pending JPH1012258A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 内部改質型固体電解質燃料電池モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1012258A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000069011A3 (de) * | 1999-05-11 | 2001-10-11 | Sfc Smart Fuel Cell Gmbh | Brennstoffzellen-system und brennstoffzelle für derartiges system |
| JP2003086226A (ja) * | 2001-09-12 | 2003-03-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池システム |
| JP2006114394A (ja) * | 2004-10-15 | 2006-04-27 | Tokyo Gas Co Ltd | 発電装置 |
| JP2006147517A (ja) * | 2004-10-22 | 2006-06-08 | Tokyo Gas Co Ltd | 発電装置 |
| JP2008021596A (ja) * | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体電解質形燃料電池モジュール |
| CN105720288A (zh) * | 2014-12-05 | 2016-06-29 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种内重整燃料电池电堆 |
| WO2020241115A1 (ja) * | 2019-05-27 | 2020-12-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学装置及び水素生成方法 |
-
1996
- 1996-06-21 JP JP8161290A patent/JPH1012258A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000069011A3 (de) * | 1999-05-11 | 2001-10-11 | Sfc Smart Fuel Cell Gmbh | Brennstoffzellen-system und brennstoffzelle für derartiges system |
| EP1333517A3 (de) * | 1999-05-11 | 2006-12-13 | SFC Smart Fuel Cell AG | Brennstoffzellenvorrichtung und System mir derartiger Brennstoffzellenvorrichtung |
| JP2003086226A (ja) * | 2001-09-12 | 2003-03-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池システム |
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| WO2020241115A1 (ja) * | 2019-05-27 | 2020-12-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学装置及び水素生成方法 |
| CN113366149A (zh) * | 2019-05-27 | 2021-09-07 | 松下知识产权经营株式会社 | 电化学装置及氢生成方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021119 |