JPH10284106A - Fuel cell power generating device - Google Patents

Fuel cell power generating device

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JPH10284106A
JPH10284106A JP9084855A JP8485597A JPH10284106A JP H10284106 A JPH10284106 A JP H10284106A JP 9084855 A JP9084855 A JP 9084855A JP 8485597 A JP8485597 A JP 8485597A JP H10284106 A JPH10284106 A JP H10284106A
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JP
Japan
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fuel cell
cell power
gas
fuel gas
supplied
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Application number
JP9084855A
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Japanese (ja)
Inventor
Norihisa Kamiya
規寿 神家
Nobuhiro Iwasa
信弘 岩佐
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Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10284106A publication Critical patent/JPH10284106A/en
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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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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To better combined efficiency by bettering heat efficiency, in the case of a fuel cell power generating device. SOLUTION: This fuel cell power generating device is provided with a fuel gas generating part R for generating a fuel gas containing hydrogen gas by using a hydro-carbon as raw material, a fuel cell power generating part 1 for generating power by reacting an oxygen-containing gas with the fuel gas supplied from the fuel gas generating part R, and a steam separating part 2 for separating steam from cooling water circulatingly supplied to the fuel cell power generating part 1. In this event, the fuel gas generating part R generates fuel gas by burning part of the supplied hydro-carbon raw material and, along with this, generates fuel gas by reformation-reacting the remaining part of the hydro-carbon raw material with steam supplied from the water-steam separating part 2 by the use of combustion heat thereof.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素を原料と
して、水素ガスが含有される燃料ガスを生成する燃料ガ
ス生成部と、酸素含有ガスと、前記燃料ガス生成部から
供給される燃料ガスとを反応させて発電する燃料電池発
電部と、その燃料電池発電部に循環供給される冷却水か
ら水蒸気を分離する気水分離部が設けられた燃料電池発
電装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel gas generator for producing a fuel gas containing hydrogen gas from hydrocarbons, an oxygen-containing gas, and a fuel gas supplied from the fuel gas generator. The present invention relates to a fuel cell power generation device provided with a fuel cell power generation unit that generates electric power by reacting the same and a steam-water separation unit that separates water vapor from cooling water circulated and supplied to the fuel cell power generation unit.

【０００２】[0002]

【従来の技術】かかる燃料電池発電装置において、従来
は、図３に示すように、燃料ガス生成部Ｒは、所謂、改
質装置３１にて構成していた。改質装置３１は、供給さ
れる炭化水素原料と気水分離部２から供給される水蒸気
とを改質反応させて、水素ガスが含有される燃料ガスを
生成するように構成し、炭化水素原料と水蒸気との改質
反応に必要な反応熱は、バーナ３１ａにて、燃料電池発
電部１から排出される排燃料ガスを燃焼させることによ
り供給するように構成していた。尚、図３中の４は、酸
素含有ガスとしての空気を燃料電池発電部１に供給する
ための空気ブロアである。2. Description of the Related Art In such a fuel cell power generator, conventionally, as shown in FIG. 3, a fuel gas generator R is constituted by a so-called reformer 31. The reformer 31 is configured to generate a fuel gas containing hydrogen gas by causing a reforming reaction between the supplied hydrocarbon raw material and steam supplied from the water / water separation unit 2. The reaction heat required for the reforming reaction between the fuel cell and the steam is supplied by burning the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell power generation unit 1 by the burner 31a. In addition, 4 in FIG. 3 is an air blower for supplying air as an oxygen-containing gas to the fuel cell power generation unit 1.

【０００３】炭化水素原料としての天然ガス等の原燃料
ガスは、先ず、脱硫装置８に供給して脱硫し、続いて、
エジュクタ１０にて、気水分離装置２から水蒸気路３２
を通じて送られてくる水蒸気と混合した後、改質装置３
１に供給する。改質装置３１にて生成された燃料ガス
は、変成装置１４に送って、変成装置１４にて、燃料ガ
ス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理した
後、燃料電池発電部１に供給する。[0003] Raw fuel gas such as natural gas as a hydrocarbon raw material is first supplied to a desulfurization unit 8 for desulfurization.
In the ejector 10, the steam-water passage 32
After mixing with the steam sent through the reformer 3
Feed to 1. The fuel gas generated by the reformer 31 is sent to the shift converter 14, where the shift unit 14 converts the carbon monoxide gas in the fuel gas into carbon dioxide gas. Supply.

【０００４】図中の３３は、気水分離装置２と燃料電池
発電部１とにわたって冷却水を循環させる発電部用冷却
水循環路であり、３４は、気水分離装置２と変成装置１
４とにわたって冷却水を循環させる変成装置用冷却水循
環路であり、３５は両方の冷却水循環路３３，３４にて
冷却水を循環させるための冷却水ポンプである。気水分
離装置２には、水蒸気をエジュクタ１０に送るための水
蒸気路３２に加えて、余剰水蒸気を取り出して排熱利用
するための水蒸気回収路３６を接続してある。又、起動
時に原燃料ガスを燃焼させて、燃料電池発電部１に循環
供給される冷却水を加熱するための起動用ボイラ３７を
設けていた。[0004] In the drawing, reference numeral 33 denotes a cooling water circulation path for a power generation section for circulating cooling water between the steam / water separation apparatus 2 and the fuel cell power generation section 1, and 34 denotes a steam / water separation apparatus 2 and a shift apparatus 1.
Reference numeral 4 denotes a cooling water circulation path for a shift device that circulates cooling water through 4. The cooling water pump 35 circulates cooling water through both cooling water circulation paths 33 and 34. In addition to the steam path 32 for sending steam to the ejector 10, the steam-water separation apparatus 2 is connected to a steam recovery path 36 for taking out excess steam and utilizing the exhaust heat. Further, a startup boiler 37 for burning the raw fuel gas at the time of startup and heating the cooling water circulated and supplied to the fuel cell power generation unit 1 is provided.

【０００５】図中の３８は、燃料電池発電部１にて発電
反応に使用された後、燃料電池発電部１から排出される
排燃料ガスを改質装置３１のバーナ３１ａに導くための
排燃料ガス路である。[0005] Reference numeral 38 in the drawing denotes an exhaust fuel for guiding the exhaust gas discharged from the fuel cell power generation unit 1 to the burner 31 a of the reformer 31 after being used for the power generation reaction in the fuel cell power generation unit 1. It is a gas path.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる燃料
電池発電装置は、発電される電力に加えて、発生する熱
も利用することができるものであり、発電効率（炭化水
素原料にて供給された供給エネルギーに対する発電エネ
ルギーの比率）、及び、熱効率（前記供給エネルギーに
対する取り出された熱エネルギーの比率）を合わせた総
合的な効率（以下、総合効率と略記する場合がある）向
上させることが、性能向上のうえで重要である。しかし
ながら、従来では、燃料電池発電部に供給するための燃
料ガスの全量を、炭化水素原料と気水分離部からの水蒸
気との改質反応（以下、水蒸気改質反応と略記する場合
がある）により生成するようになっているので、気水分
離部にて生成された水蒸気のうち、水蒸気改質反応に利
用される量が多く、その分、排熱利用のために外部に取
り出される量が少なくなり、熱効率が低くなる。従っ
て、熱効率が低いため、総合効率が低くなり、総合効率
を向上させる点で改善の余地があった。However, such a fuel cell power generation apparatus can utilize not only generated power but also generated heat, and has a power generation efficiency (e.g., supplied from a hydrocarbon raw material). Improving the overall efficiency (hereinafter sometimes abbreviated as the overall efficiency) by combining the power generation energy ratio with respect to the supply energy) and the thermal efficiency (the ratio of the extracted heat energy with respect to the supply energy) is performance. It is important for improvement. However, conventionally, the entire amount of fuel gas to be supplied to the fuel cell power generation unit is converted into a reforming reaction between the hydrocarbon raw material and steam from the steam-water separation unit (hereinafter, may be abbreviated as a steam reforming reaction). Therefore, of the steam generated in the steam separator, the amount used for the steam reforming reaction is large, and the amount taken out for waste heat utilization Less heat efficiency. Therefore, since the thermal efficiency is low, the overall efficiency is low, and there is room for improvement in improving the overall efficiency.

【０００７】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、燃料電池発電装置において、熱
効率を向上させて、総合効率を向上させることにある。The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to improve the thermal efficiency and the overall efficiency of a fuel cell power generator.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の特徴構
成によれば、燃料ガス生成部では、供給される炭化水素
原料の全量を燃焼させるのに必要な量よりも少ない量で
供給される酸素含有ガス（例えば、空気）により、供給
される炭化水素原料の一部を燃焼させて水素ガスが含有
される燃料ガスを生成するとともに、その燃焼熱を用い
て、供給される炭化水素原料の残部と気水分離部から供
給される水蒸気とを改質反応させて水素ガスが含有され
る燃料ガスを生成する。According to the first aspect of the present invention, in the fuel gas generator, the amount of the supplied hydrocarbon raw material is supplied in an amount smaller than that required for burning the entire amount. A part of the supplied hydrocarbon raw material is burned by an oxygen-containing gas (for example, air) to generate a fuel gas containing hydrogen gas, and the supplied hydrocarbon raw material is used by using the combustion heat. And the steam supplied from the water / water separation unit is subjected to a reforming reaction to generate a fuel gas containing hydrogen gas.

【０００９】供給される燃焼用空気の量は、炭化水素原
料の全量を燃焼させるのに必要な量よりも少ないため
に、炭化水素原料は不完全燃焼を起こすので、水素ガス
が発生する反応を主に起こし、水素ガスが含有される燃
料ガスが生成されるのである。炭化水素原料が、例えば
メタン（ＣＨ4 ）のときは、主に、下記の反応式１及び
反応式２の反応が起こって、水素ガスを含有した燃料ガ
スが生成される。 ＣＨ4 ＋Ｏ2 →ＣＯ2 ＋２Ｈ2 ……………（反応式１） ２ＣＨ4 ＋Ｏ2 →２ＣＯ＋４Ｈ2 ……………（反応式２）Since the amount of combustion air supplied is smaller than the amount required to burn the entire amount of the hydrocarbon raw material, the hydrocarbon raw material causes incomplete combustion. The fuel gas that mainly wakes up and contains hydrogen gas is produced. When the hydrocarbon raw material is, for example, methane (CH 4 ), mainly the reactions of the following reaction formulas 1 and 2 occur, and fuel gas containing hydrogen gas is generated. CH 4 + O 2 → CO 2 + 2H 2 (reaction formula 1) 2CH 4 + O 2 → 2CO + 4H 2 (reaction formula 2)

【００１０】又、メタンと水蒸気との改質反応では、下
記の反応式３及び反応式４の反応が起こって、水素ガス
を含有した燃料ガスが生成される。 ＣＨ4 ＋２Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋４Ｈ2 ……………（反応式３） ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 ……………（反応式４）[0010] In the reforming reaction between methane and steam, the following reaction formulas 3 and 4 occur, and fuel gas containing hydrogen gas is generated. CH 4 + 2H 2 O → CO 2 + 4H 2 (Reaction Formula 3) CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (Reaction Formula 4)

【００１１】つまり、燃料電池発電部に供給するための
燃料ガスを、炭化水素原料の一部を燃焼させることと、
炭化水素原料の残部と水蒸気とを改質反応させることと
の協働にて生成し、しかも、吸熱反応である水蒸気改質
反応に必要な反応熱を、炭化水素原料の一部を燃焼させ
ることにより供給するのである。従って、気水分離部に
て生成された水蒸気のうち、水蒸気改質反応のために使
用する量を少なくすることができ、その分、排熱利用の
ために外部に取り出す量を多くすることができるので、
熱効率を向上させて、総合効率を向上させることができ
るようになった。That is, the fuel gas to be supplied to the fuel cell power generation unit is obtained by burning a part of the hydrocarbon raw material,
Combustion of a part of the hydrocarbon feedstock with the heat of reaction generated by the reforming reaction between the remainder of the hydrocarbon feedstock and steam and necessary for the steam reforming reaction, which is an endothermic reaction It is supplied by Therefore, of the steam generated in the steam-water separation unit, the amount used for the steam reforming reaction can be reduced, and accordingly, the amount extracted to the outside for utilizing the exhaust heat can be increased. So you can
By improving the thermal efficiency, the overall efficiency can be improved.

【００１２】又、従来では、燃料ガス生成部に排燃料ガ
スを燃焼させるためのバーナ（図３において３１ａにて
示される）を備える必要があり、しかも、排燃料ガスを
バーナで燃焼させるため、燃料ガス生成部の最高使用温
度は、燃焼排ガス温度基準の９５０°Ｃ程度にする必要
がある。これに対して、燃料ガス生成部にバーナを備え
る必要がなくなり、しかも、炭化水素原料を不完全燃焼
させるのでその反応温度は低くなり、燃料ガス生成部の
最高使用温度としては、水蒸気改質反応の反応温度（最
高で７５０°Ｃ程度）にまで下げることが可能となる。
従って、従来では、バーナを備える必要があるととも
に、燃料ガス生成部を形成するための材料として、高価
な高耐熱材料を使用する必要があるのに対して、バーナ
が不要になるとともに、燃料ガス生成部を形成するため
の材料として、安価な、一般的な耐熱材料を使用するこ
とができるので、燃料ガス生成部のコストダウンを図る
ことができる。Conventionally, it is necessary to provide a burner (indicated by 31a in FIG. 3) for burning the exhaust fuel gas in the fuel gas generating section, and in order to burn the exhaust fuel gas with the burner, The maximum operating temperature of the fuel gas generating section needs to be about 950 ° C., which is the combustion exhaust gas temperature standard. On the other hand, there is no need to provide a burner in the fuel gas generator, and the reaction temperature is lowered because the hydrocarbon raw material is incompletely burned. The maximum operating temperature of the fuel gas generator is the steam reforming reaction. (Up to about 750 ° C.).
Therefore, conventionally, it is necessary to provide a burner, and it is necessary to use an expensive high heat-resistant material as a material for forming the fuel gas generating unit. An inexpensive general heat-resistant material can be used as a material for forming the generating section, so that the cost of the fuel gas generating section can be reduced.

【００１３】請求項２に記載の特徴構成によれば、気水
分離部からの水蒸気が、炭化水素原料に混合された状態
で、燃料ガス生成部に供給される。気水分離部からの水
蒸気を燃料ガス生成部に供給するための構成として、炭
化水素原料の一部を燃焼させるために燃料ガス生成部に
供給される酸素含有ガスに混合した状態で供給する構成
や、炭化水素原料及びその一部を燃焼させるための酸素
含有ガスとは別個に、直接、燃料ガス生成部に供給する
構成等が想定されるが、これらに比べて、炭化水素原料
に混合した状態で燃料ガス生成部に供給するようにする
と、水蒸気と炭化水素原料とが良好に混合されるので、
水蒸気改質反応を効率よく起こさせることが可能とな
る。従って、供給される炭化水素原料から、より多くの
燃料ガスを生成することができ、それによって、総合効
率を向上させることができるようになった。According to the second aspect of the present invention, the steam from the steam separator is supplied to the fuel gas generator in a state of being mixed with the hydrocarbon raw material. As a configuration for supplying steam from the steam-water separation unit to the fuel gas generation unit, a configuration in which a part of the hydrocarbon raw material is mixed with an oxygen-containing gas supplied to the fuel gas generation unit to burn a part of the hydrocarbon raw material Alternatively, it is supposed that the hydrocarbon feedstock and the oxygen-containing gas for burning a part of the feedstock are supplied directly to the fuel gas generation unit separately from the oxygen-containing gas. If it is supplied to the fuel gas generation section in a state, the steam and the hydrocarbon raw material are mixed well, so that
The steam reforming reaction can be efficiently caused. Therefore, more fuel gas can be generated from the supplied hydrocarbon raw material, whereby the overall efficiency can be improved.

【００１４】請求項３に記載の特徴構成によれば、排ガ
ス利用加熱手段により、燃料電池発電部から排出される
排燃料ガスを燃焼させて、燃料電池発電部に循環供給さ
れる冷却水が加熱される。つまり、従来では、水蒸気改
質反応に必要な反応熱を得るために、燃料電池発電部か
ら排出される排燃料ガスを燃焼させていたのであるが、
本件発明では、燃料ガスを生成するために炭化水素原料
の一部を燃焼させることにより生じる熱を、水蒸気改質
反応に必要な反応熱に用いるようにしてあるので、水蒸
気改質反応に必要な反応熱を得るために、燃料電池発電
部から排出される排燃料ガスを燃焼させる必要がないの
である。According to the third aspect of the present invention, the exhaust gas heating unit burns the exhaust gas discharged from the fuel cell power generation unit, thereby heating the cooling water circulated and supplied to the fuel cell power generation unit. Is done. That is, conventionally, in order to obtain the reaction heat required for the steam reforming reaction, the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell power generation unit was burned,
In the present invention, since the heat generated by burning a part of the hydrocarbon raw material to generate the fuel gas is used for the reaction heat required for the steam reforming reaction, the heat required for the steam reforming reaction is used. There is no need to burn the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell power generation unit in order to obtain the reaction heat.

【００１５】そこで、燃料電池発電部から排出される排
燃料ガスを用いて、燃料電池発電部に循環供給される冷
却水を加熱することができるので、気水分離部にて生成
される水蒸気量を増大させることができ、それによっ
て、更に多くの水蒸気（高温排熱）を外部に取り出すこ
とができる。ちなみに、従来では、改質装置において排
燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスから排熱回収することが
できるものの、温水（低温排熱）の状態でしか回収する
ことができない。低温排熱は、温度が低いため使用上制
約があり、高温排熱に比べて、有効利用が困難である。
従って、外部に取り出すことができる排熱のうち、有効
利用しやすい高温排熱の状態で取り出すことができる割
合を大きくすることができるので、総合効率の向上に加
えて、排熱の有効利用面でも向上させることができるよ
うになった。Therefore, the cooling water circulated and supplied to the fuel cell power generation unit can be heated by using the exhaust gas discharged from the fuel cell power generation unit. Can be increased, so that more water vapor (hot exhaust heat) can be extracted to the outside. By the way, conventionally, although the exhaust heat can be recovered from the combustion gas obtained by burning the exhaust fuel gas in the reformer, it can be recovered only in the state of hot water (low-temperature exhaust heat). The use of low-temperature exhaust heat is limited because of its low temperature, and it is more difficult to use it effectively than high-temperature exhaust heat.
Therefore, it is possible to increase the ratio of the high-temperature exhaust heat that can be effectively used out of the exhaust heat that can be taken out to the outside. But now I can improve it.

【００１６】請求項４に記載の特徴構成によれば、燃料
電池発電装置の起動時には、排ガス利用加熱手段にて炭
化水素原料を燃焼させることにより、燃料電池発電部に
循環供給される冷却水を加熱することができる。従っ
て、排ガス利用加熱手段を、起動時に炭化水素原料を燃
焼させて燃料電池発電部に循環供給される冷却水を加熱
するために、従来、設けられていた起動用加熱手段（図
３における起動用ボイラ３７に相当する）に兼用するこ
とができるので、コストアップを回避しながら、請求項
３に記載の構成により得られる効果を得ることができる
ようになった。According to the fourth aspect of the present invention, when the fuel cell power generation device is started, the cooling water circulated and supplied to the fuel cell power generation unit is burned by burning the hydrocarbon raw material by the exhaust gas utilization heating means. Can be heated. Therefore, in order to heat the cooling water circulated and supplied to the fuel cell power generation unit by burning the hydrocarbon material at the time of startup, the heating device using the exhaust gas is provided with the startup heating unit (the startup heating unit in FIG. (Corresponding to the boiler 37), so that the effect obtained by the configuration of claim 3 can be obtained while avoiding an increase in cost.

【００１７】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。図１は、燃料電池発電装置の全
体構成を示し、燃料電池発電装置には、炭化水素を原料
として、水素ガスが含有される燃料ガスを生成する燃料
ガス生成部Ｒと、酸素含有ガスとしての空気と、燃料ガ
ス生成部Ｒから供給される燃料ガスとを反応させて発電
する燃料電池発電部１と、燃料電池発電部１に循環供給
される冷却水から水蒸気を分離する気水分離部としての
気水分離装置２を設けてある。尚、燃料電池発電部１
は、図示を省略するが、リン酸電解質層を備えたリン酸
型燃料電池にて構成してある。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an overall configuration of a fuel cell power generation device. The fuel cell power generation device includes a fuel gas generation unit R that generates a fuel gas containing hydrogen gas from a hydrocarbon as a raw material, and a fuel gas generation unit R serving as an oxygen containing gas. A fuel cell power generation unit 1 that generates power by reacting air and a fuel gas supplied from the fuel gas generation unit R, and a steam-water separation unit that separates water vapor from cooling water circulated and supplied to the fuel cell power generation unit 1 Is provided. The fuel cell power generation unit 1
Although not shown, is constituted by a phosphoric acid type fuel cell provided with a phosphoric acid electrolyte layer.

【００１８】燃料ガス生成部Ｒは、主反応装置３にて構
成してあり、その主反応装置３は、供給される炭化水素
原料の一部を燃焼させて燃料ガスを生成するとともに、
その燃焼熱を用いて、前記炭化水素原料の残部と気水分
離装置２から供給される水蒸気とを改質反応させて燃料
ガスを生成するように構成してある。The fuel gas generator R comprises a main reactor 3, which burns a part of the supplied hydrocarbon raw material to generate fuel gas.
Using the combustion heat, a reforming reaction is performed between the remainder of the hydrocarbon raw material and steam supplied from the steam separator 2 to generate a fuel gas.

【００１９】空気ブロア４からの空気は、燃焼用空気路
５を介して、燃焼用として主反応装置３に供給するとと
もに、反応用空気路６を介して、反応用として燃料電池
発電部１に供給する。The air from the air blower 4 is supplied to the main reactor 3 for combustion via a combustion air passage 5, and supplied to the fuel cell power generator 1 for reaction via a reaction air passage 6. Supply.

【００２０】炭化水素原料としての天然ガス等の原燃料
ガスは、原燃料ガス路７を通じて燃料電池発電装置に供
給する。原燃料ガス路７から供給される原燃料ガスは、
脱硫装置８にて脱硫した後、ガス路９を通じてエジュク
タ１０に送り、エジュクタ１０において、気水分離装置
２から水蒸気路１１を通じて送られてくる水蒸気と混合
した後、ガス路１２を通じて主反応器３に送る。主反応
器３において生成された燃料ガスは、ガス路１３を通じ
て変成装置１４に送り、変成装置１４にて変成処理した
後、ガス路１５を通じて燃料電池発電部１に供給する。
尚、脱硫装置８と変成装置１４とは、一体的に組み付け
て、ユニット状に構成してある。A raw fuel gas such as natural gas as a hydrocarbon raw material is supplied to a fuel cell power generator through a raw fuel gas passage 7. The raw fuel gas supplied from the raw fuel gas passage 7 is
After desulfurization by the desulfurization device 8, the gas is sent to the ejector 10 through the gas passage 9, mixed with steam sent from the steam separator 11 through the steam passage 11, and then mixed with the main reactor 3 through the gas passage 12. Send to The fuel gas generated in the main reactor 3 is sent to a shift device 14 through a gas passage 13, subjected to a shift process in the shift device 14, and then supplied to the fuel cell power generation unit 1 through a gas passage 15.
The desulfurizer 8 and the shift converter 14 are integrally assembled to form a unit.

【００２１】気水分離装置２、燃料電池発電部１、オフ
ガスボイラ１６を記載順に巡る循環経路にて、冷却水を
循環させる発電部用冷却水循環路１７を設けてあり、更
に、気水分離装置２、変成装置１４、オフガスボイラ１
６を記載順に巡る循環経路にて、冷却水を循環させるこ
とができるように、変成装置用冷却水循環路１８を発電
部用冷却水循環路１７に接続してある。図中の１９は、
両方の冷却水循環路１７，１８にて冷却水を循環させる
ための冷却水ポンプである。A cooling water circulation path 17 for a power generation unit for circulating cooling water is provided in a circulation path that goes through the steam / water separator 2, the fuel cell power generator 1, and the off-gas boiler 16 in the stated order. 2, metamorphic equipment 14, off-gas boiler 1
The cooling water circulation path 18 for the shift converter is connected to the cooling water circulation path 17 for the power generation unit so that the cooling water can be circulated in the circulation path that goes through the order of 6. 19 in the figure is
A cooling water pump for circulating cooling water in both cooling water circulation paths 17 and 18.

【００２２】気水分離装置２には、水蒸気をエジュクタ
１０に送るための水蒸気路１１に加えて、余剰水蒸気を
取り出して排熱利用するための水蒸気回収路２０を接続
してある。図中の２１は、軟水器２２にて軟水化処理し
た水を気水分離装置２に補給するための補給水路であ
る。The steam separator 2 is connected to a steam recovery passage 20 for extracting excess steam and utilizing waste heat in addition to a steam passage 11 for sending steam to the ejector 10. Reference numeral 21 in the figure denotes a replenishment channel for replenishing the water / water separator 2 with water softened by the water softener 22.

【００２３】図中の２３は、燃料電池発電部１にて発電
反応に使用された後、燃料電池発電部１から排出される
排燃料ガスを導くための排燃料ガス路であり、この排燃
料ガス路２３は、オフガスボイラ１６に接続して、燃料
電池発電部１から排出される排燃料ガスをオフガスボイ
ラ１６に導いて、オフガスボイラ１６にて燃焼させるよ
うに構成してある。更に、オフガスボイラ１６には、燃
料電池発電装置の起動時に、オフガスボイラ１６に原燃
料ガスを供給するための起動用ガス路２４を接続してあ
る。つまり、起動時には、原燃料ガスを、起動用ガス路
２４を通じてオフガスボイラ１６に供給して燃焼させ
て、冷却水循環路１７，１８を循環する冷却水を加熱
し、起動された後は、起動用ガス路２４からの原燃料ガ
ス供給を停止して、その代わりに、燃料電池発電部１か
らの排燃料ガスを排燃料ガス路２３を通じてオフガスボ
イラ１６に供給して燃焼させて、冷却水循環路１７，１
８を循環する冷却水を加熱する。Reference numeral 23 in the drawing denotes an exhaust gas passage for guiding exhaust gas discharged from the fuel cell power generation unit 1 after being used for power generation reaction in the fuel cell power generation unit 1. The gas passage 23 is connected to the off-gas boiler 16, and is configured to guide exhaust fuel gas discharged from the fuel cell power generation unit 1 to the off-gas boiler 16 and burn it in the off-gas boiler 16. Further, a starting gas passage 24 for supplying raw fuel gas to the offgas boiler 16 when the fuel cell power generator is started is connected to the offgas boiler 16. That is, at the time of starting, the raw fuel gas is supplied to the off-gas boiler 16 through the starting gas passage 24 and burned, and the cooling water circulating through the cooling water circulation passages 17 and 18 is heated. The supply of the raw fuel gas from the gas passage 24 is stopped, and instead, the exhaust fuel gas from the fuel cell power generation unit 1 is supplied to the off-gas boiler 16 through the exhaust fuel gas passage 23 and burned, and the cooling water circulation passage 17 , 1
The cooling water circulating in 8 is heated.

【００２４】従って、オフガスボイラ１６は、排ガス利
用加熱手段に相当し、その排ガス利用加熱手段が、起動
時には炭化水素原料を燃焼させて、燃料電池発電部１に
循環供給される冷却水を加熱するための起動用加熱手段
に兼用するように構成してある。Therefore, the off-gas boiler 16 corresponds to an exhaust gas utilizing heating means, and the exhaust gas utilizing heating means burns the hydrocarbon raw material at the time of starting and heats the cooling water circulated and supplied to the fuel cell power generation unit 1. Is also used as a heating means for starting.

【００２５】主反応装置３における反応により、アンモ
ニアが合成されて、燃料ガス中に含有される。そこで、
燃料電池発電部１に供給する燃料ガス中のアンモニアを
除去するために、ガス路１５には、通流する燃料ガス中
のアンモニアをリン酸に吸収させて除去するためのスク
ラバ２５を介装してある。排燃料ガス路２３には、そこ
を通流する排燃料ガスを冷却して、排燃料ガス中のリン
酸を液化回収する冷却器２６を介装してある。又、燃料
電池発電部１にて発電反応に使用された後、燃料電池発
電部１から排出される排空気を導くための排空気路２７
にも、そこを通流する排空気を冷却して、排空気中のリ
ン酸を液化回収する冷却器２８を介装してある。そし
て、冷却器２６，２８にて回収されたリン酸は、リン酸
回収路２９を通じて、アンモニア除去用としてスクラバ
２５に供給する。Ammonia is synthesized by the reaction in the main reactor 3 and contained in the fuel gas. Therefore,
In order to remove ammonia in the fuel gas supplied to the fuel cell power generation unit 1, a scrubber 25 for absorbing ammonia in the flowing fuel gas by phosphoric acid and removing the ammonia is provided in the gas passage 15. It is. The exhaust fuel gas passage 23 is provided with a cooler 26 for cooling the exhaust fuel gas flowing therethrough and liquefying and recovering the phosphoric acid in the exhaust fuel gas. An exhaust air passage 27 for guiding exhaust air discharged from the fuel cell power generation unit 1 after being used for power generation reaction in the fuel cell power generation unit 1.
Also, a cooler 28 for cooling the exhaust air flowing therethrough and liquefying and recovering the phosphoric acid in the exhaust air is provided. Then, the phosphoric acid recovered in the coolers 26 and 28 is supplied to the scrubber 25 for removing ammonia through the phosphoric acid recovery path 29.

【００２６】次に、図１及び図２に基づいて、主反応器
３について説明を加える。主反応器３には、通気可能に
構成された触媒層３ａと、触媒層３ａに流入する前に、
原燃料ガス、水蒸気及び空気の混合気体を、生成された
燃料ガスとの熱交換により予熱するための予熱部３ｂ
と、起動時に反応を開始させるための起動用電気ヒータ
３ｃを備えて構成してある。触媒層３ａは、ニッケル又
は貴金属から成る改質触媒から構成してある。Next, the main reactor 3 will be described with reference to FIGS. The main reactor 3 is provided with a catalyst layer 3a configured to be permeable and before flowing into the catalyst layer 3a,
A preheating unit 3b for preheating a mixed gas of raw fuel gas, water vapor and air by heat exchange with the generated fuel gas
And a starting electric heater 3c for starting a reaction at the time of starting. The catalyst layer 3a is made of a reforming catalyst made of nickel or a noble metal.

【００２７】燃焼用空気路５からは、ガス路１２にて供
給される原燃料ガスの全量を燃焼させるのに必要な量よ
りも少ない量の燃焼用空気を供給するようにしてある。
従って、供給された原燃料ガスの一部が、触媒層３ａに
おいて不完全燃焼することにより水素ガスが発生し、そ
の反応熱により、触媒層３ａが加熱されて、残りの原燃
料ガスと水蒸気とが改質反応を起こして水素ガスが発生
する。つまり、原燃料ガスの一部の燃焼と、残りの原燃
料ガスと水蒸気との改質反応とが、触媒層３ａにおいて
同時に進行して、水素ガスが含有された燃料ガスが生成
されるのである。原燃料ガスが、例えばメタン（Ｃ
Ｈ4 ）のときは、主に、上記の反応式１、反応式２、反
応式３及び反応式４の反応が、触媒層３ａにおいて同時
に進行する。The combustion air passage 5 supplies a smaller amount of combustion air than is required to burn the entire amount of the raw fuel gas supplied in the gas passage 12.
Therefore, a part of the supplied raw fuel gas is incompletely burned in the catalyst layer 3a to generate hydrogen gas, and the heat of the reaction heats the catalyst layer 3a, so that the remaining raw fuel gas and water vapor are removed. Causes a reforming reaction to generate hydrogen gas. That is, the combustion of a part of the raw fuel gas and the reforming reaction between the remaining raw fuel gas and steam proceed simultaneously in the catalyst layer 3a, and the fuel gas containing hydrogen gas is generated. . When the raw fuel gas is, for example, methane (C
In the case of H 4 ), mainly the reactions of the above-mentioned Reaction Formula 1, Reaction Formula 2, Reaction Formula 3, and Reaction Formula 4 proceed simultaneously in the catalyst layer 3a.

【００２８】尚、生成される水素ガス量が最大となり、
燃焼反応による発熱と改質反応による吸熱とが平衡する
ように、原燃料ガス量に対する水蒸気量及び燃焼用空気
量を設定してある。例えば、原燃料ガス量（炭素のモル
数）に対する水蒸気量（モル数）の比Ｓ／Ｃを２．０
に、原燃料ガス量（炭素のモル数）に対する燃焼用空気
量（酸素のモル数）の比Ｏ／Ｃを０．７７に夫々設定
し、主反応器３において７００°Ｃ程度で反応させる
と、下記のガス組成の燃料ガスを生成することができ
た。 Ｈ2 ；５１．６０（体積％） Ｎ2 ；２９．１９（体積％） ＣＨ4 ；０．３０（体積％） ＣＯ；１０．０４（体積％） ＣＯ2 ；８．８７（体積％）It should be noted that the amount of generated hydrogen gas becomes maximum,
The amount of water vapor and the amount of combustion air with respect to the amount of raw fuel gas are set so that the heat generated by the combustion reaction and the endotherm generated by the reforming reaction are balanced. For example, the ratio S / C of the amount of water vapor (number of moles) to the amount of raw fuel gas (number of moles of carbon) is 2.0.
Then, the ratio O / C of the amount of combustion air (the number of moles of oxygen) to the amount of the raw fuel gas (the number of moles of carbon) is set to 0.77, and the reaction is performed at about 700 ° C. in the main reactor 3. Thus, a fuel gas having the following gas composition could be produced. H 2; 51.60 (vol%) N 2; 29.19 (vol%) CH 4; 0.30 (vol%) CO; 10.04 (vol%) CO 2; 8.87 (% by volume)

【００２９】次に、脱硫装置８について説明を加える。
脱硫装置８では、約２００°Ｃに加熱した脱硫触媒を作
用させて、原燃料ガス中の硫黄分と水素ガスとを下記の
反応式にて反応させて硫化水素を生成し、その硫化水素
を酸化亜鉛等に吸着させる。Ｈ2 ＋Ｓ→Ｈ2 ＳNext, the desulfurization device 8 will be described.
In the desulfurization unit 8, a desulfurization catalyst heated to about 200 ° C. is acted to react the sulfur content in the raw fuel gas with the hydrogen gas by the following reaction formula to generate hydrogen sulfide. Adsorb to zinc oxide. H 2 + S → H 2 S

【００３０】変成装置１４について説明を加える。変成
装置１４では、変成処理として、変成装置用冷却水循環
路１８にて循環供給される冷却水により、酸化鉄、銅系
等の変成触媒の温度を約３５０°Ｃ程度に維持する状態
で、その変成触媒を作用させて、ガス路１３を通じて供
給される燃料ガス中の一酸化炭素と水蒸気とを下記の反
応式にて反応させて、一酸化炭素を二酸化炭素に変成す
る。 ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 The description of the shift apparatus 14 will be added. In the shift converter 14, as a shift process, the temperature of the shift catalyst such as an iron oxide or a copper-based shift catalyst is maintained at about 350 ° C. by cooling water circulated and supplied in the shift water circulation path 18 for shift converter. By operating the shift catalyst, carbon monoxide in the fuel gas supplied through the gas passage 13 reacts with water vapor according to the following reaction formula to shift carbon monoxide to carbon dioxide. CO + H 2 O → CO 2 + H 2

【００３１】上述のように構成することにより、Ｓ／Ｃ
を、例えば３．０程度であった従来に対して、例えば
２．０程度にまで小さくすることができるようになっ
た。従って、排熱利用のために気水分離装置２から水蒸
気回収路２０を通じて取り出すことができる水蒸気の量
を、多くすることができる。By configuring as described above, the S / C
Can be reduced to, for example, about 2.0, which is about 3.0, for example. Therefore, the amount of steam that can be extracted from the steam separator 2 through the steam recovery path 20 for utilizing waste heat can be increased.

【００３２】そして、Ｓ／Ｃを３．０に、Ｏ／Ｃを０．
７７に夫々設定して運転し、発電効率、熱効率及び総合
効率を評価したところ、ＬＨＶ基準（９９３０）で、発
電効率は３４．６％、熱効率は３１．３％、総合効率は
６５．９％になった。これに対して、従来の燃料電池発
電装置では、Ｓ／Ｃを３．０に設定して運転した場合、
ＬＨＶ基準（９９３０）で、発電効率は３８．０％、熱
効率は２１．７％、総合効率は５９．７％になった。上
述のように、本件発明による燃料電池発電装置では、従
来に比べて、発電効率は僅かに低くなるものの、熱効率
は大幅に高くなるので、発電効率と熱効率を合わせた総
合効率を高くすることができる。Then, the S / C is set to 3.0 and the O / C is set to 0.
The operation was set at 77 and the power generation efficiency, thermal efficiency and overall efficiency were evaluated. Based on the LHV standard (9930), the power generation efficiency was 34.6%, the thermal efficiency was 31.3%, and the overall efficiency was 65.9%. Became. On the other hand, in the conventional fuel cell power generator, when the operation is performed with the S / C set to 3.0,
Based on the LHV standard (9930), the power generation efficiency was 38.0%, the thermal efficiency was 21.7%, and the overall efficiency was 59.7%. As described above, in the fuel cell power generation device according to the present invention, although the power generation efficiency is slightly lower than in the past, the thermal efficiency is significantly higher, so that the total efficiency combining the power generation efficiency and the thermal efficiency can be increased. it can.

【００３３】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。 （イ） 上記の実施形態においては、エジュクタ１０を
主反応器３とは別体で備える場合について例示したが、
これに代えて、エジュクタ１０を主反応器３に一体的に
組み付けてもよい。この場合は、ガス路１２を省略する
ことができるので、装置構成、特に配管構成を簡略化す
ることができる。[Another Embodiment] Next, another embodiment will be described. (B) In the above embodiment, the case where the ejector 10 is provided separately from the main reactor 3 has been exemplified.
Instead of this, the ejector 10 may be integrated with the main reactor 3. In this case, since the gas passage 12 can be omitted, the configuration of the apparatus, particularly, the configuration of the piping can be simplified.

【００３４】（ロ） 上記の実施形態においては、気水
分離装置２からの水蒸気を、原燃料ガスに混合した状態
で、主反応装置３に供給する場合について例示したが、
気水分離装置２からの水蒸気を主反応装置３に供給する
ための構成は、種々変更可能である。例えば、燃焼用空
気に混合した状態で供給してもよい。又、原燃料ガス及
び燃焼用空気とは別個に、直接、供給してもよい。又、
水蒸気、原燃料ガス及び燃焼用空気の全てを、予め混合
してから主反応装置３に供給してもよい。(B) In the above embodiment, the case where the steam from the steam separator 2 is mixed with the raw fuel gas and supplied to the main reactor 3 has been described.
The configuration for supplying the steam from the steam separator 2 to the main reactor 3 can be variously changed. For example, it may be supplied in a state of being mixed with combustion air. Alternatively, the raw fuel gas and the combustion air may be supplied directly and separately. or,
All of the steam, raw fuel gas and combustion air may be mixed in advance and then supplied to the main reactor 3.

【００３５】（ハ） Ｓ／Ｃ及びＯ／Ｃは、上記の実施
形態において例示した値に限定されるものではなく、適
宜変更可能である。又、Ｓ／Ｃ及びＯ／Ｃは、使用する
炭化水素原料の種類や、主反応装置３の性能等に応じ
て、適宜設定することができる。いずれの場合でも、Ｓ
／Ｃは、従来よりも小さい値に設定することができる。(C) S / C and O / C are not limited to the values exemplified in the above embodiment, but can be changed as appropriate. In addition, S / C and O / C can be appropriately set according to the type of the hydrocarbon raw material used, the performance of the main reactor 3, and the like. In any case, S
/ C can be set to a smaller value than in the past.

【００３６】（ニ） 上記の実施形態では、オフガスボ
イラ１６は、発電部用冷却水循環路１７に介装する場合
について例示したが、これに代えて、気水分離装置２内
の冷却水を取り出して加熱してから、気水分離装置２内
に戻すように設けてもよい。(D) In the above-described embodiment, the case where the off-gas boiler 16 is interposed in the cooling water circulation path 17 for the power generation unit has been exemplified. Instead, the cooling water in the steam-water separator 2 is taken out. And then return to the steam-water separator 2.

【００３７】（ホ） 炭化水素原料としては、上記の実
施形態において例示した天然ガス以外にも、ＬＰガス等
種々のものが使用可能である。(E) As the hydrocarbon raw material, various materials such as LP gas can be used other than the natural gas exemplified in the above embodiment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】燃料電池発電装置の全体構成を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a fuel cell power generator.

【図２】主反応装置の縦断面図FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a main reactor.

【図３】従来の燃料電池発電装置の全体構成を示すブロ
ック図FIG. 3 is a block diagram showing the overall configuration of a conventional fuel cell power generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 燃料電池発電部 ２ 気水分離部 １６ 排ガス利用加熱手段 Ｒ 燃料ガス生成部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell power generation part 2 Steam separation part 16 Exhaust gas utilization heating means R Fuel gas generation part

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 炭化水素を原料として、水素ガスが含有
される燃料ガスを生成する燃料ガス生成部と、 酸素含有ガスと、前記燃料ガス生成部から供給される燃
料ガスとを反応させて発電する燃料電池発電部と、 その燃料電池発電部に循環供給される冷却水から水蒸気
を分離する気水分離部が設けられた燃料電池発電装置で
あって、 前記燃料ガス生成部が、供給される炭化水素原料の一部
を燃焼させて燃料ガスを生成するとともに、その燃焼熱
を用いて、前記炭化水素原料の残部と前記気水分離部か
ら供給される水蒸気とを改質反応させて燃料ガスを生成
するように構成されている燃料電池発電装置。1. A fuel gas generating unit for generating a fuel gas containing hydrogen gas from a hydrocarbon as a raw material, an oxygen-containing gas, and a fuel gas supplied from the fuel gas generating unit, thereby generating power. A fuel cell power generation unit provided with a fuel cell power generation unit, and a steam / water separation unit for separating water vapor from cooling water circulated and supplied to the fuel cell power generation unit, wherein the fuel gas generation unit is supplied. A part of the hydrocarbon raw material is burned to generate a fuel gas, and the heat of combustion is used to cause a reforming reaction between the remaining hydrocarbon raw material and steam supplied from the steam-water separation unit to produce a fuel gas. A fuel cell power plant configured to generate a fuel cell. 【請求項２】 前記気水分離部からの水蒸気が、炭化水
素原料に混合された状態で、前記燃料ガス生成部に供給
されるように構成されている請求項１記載の燃料電池発
電装置。2. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the steam from the steam-water separation unit is supplied to the fuel gas generation unit in a state of being mixed with a hydrocarbon raw material. 【請求項３】 前記燃料電池発電部から排出される排燃
料ガスを燃焼させて、前記燃料電池発電部に循環供給さ
れる冷却水を加熱する排ガス利用加熱手段が設けられて
いる請求項１又は２記載の燃料電池発電装置。3. An exhaust gas utilization heating means for burning exhaust gas discharged from the fuel cell power generation unit and heating cooling water circulated and supplied to the fuel cell power generation unit, or 3. The fuel cell power generator according to 2. 【請求項４】 前記排ガス利用加熱手段が、起動時には
炭化水素原料を燃焼させて、前記燃料電池発電部に循環
供給される冷却水を加熱するための起動用加熱手段に兼
用されるように構成されている請求項３記載の燃料電池
発電装置。4. The heating means utilizing exhaust gas is configured to also serve as a starting heating means for burning a hydrocarbon material at the time of startup and heating cooling water circulated and supplied to the fuel cell power generation unit. The fuel cell power generator according to claim 3, wherein
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185196A (en) * 1999-12-28 2001-07-06 Daikin Ind Ltd Fuel cell system
JP2005298249A (en) * 2004-04-08 2005-10-27 T Rad Co Ltd Apparatus and method for supplying reformed gas

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