JPH10308230A - Power generating device for fuel cell - Google Patents
Power generating device for fuel cellInfo
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- JPH10308230A JPH10308230A JP9114773A JP11477397A JPH10308230A JP H10308230 A JPH10308230 A JP H10308230A JP 9114773 A JP9114773 A JP 9114773A JP 11477397 A JP11477397 A JP 11477397A JP H10308230 A JPH10308230 A JP H10308230A
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、水蒸気、燃料、及
び空気を改質装置に供給し、外部から改質装置に熱供給
を行うことなしに、反応による自己発熱により改質装置
を昇温し、燃料電池の電池反応に必要な水素をつくると
ともに、改質装置の冷却過程で排熱回収用水蒸気を発生
させることができる、高効率で短時間起動が可能な燃料
電池発電装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for supplying steam, fuel, and air to a reformer and heating the reformer by self-heating by a reaction without supplying heat to the reformer from the outside. It also relates to a high-efficiency, short-start-up fuel cell power generator that can generate hydrogen necessary for the fuel cell reaction and generate steam for exhaust heat recovery in the cooling process of the reformer. is there.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図３に燃料電池発電装置の従来例とし
て、都市ガスを燃料とした固体高分子電解質型燃料電池
発電装置の構成を示す。本装置の主な構成要素は、脱硫
装置７、エジェクタ５３、改質装置８、シフトコンバー
タ１１、選択酸化器３２、燃料電池セルスタック２１、
変換装置２４、凝縮器１，３８，６６、ポンプ４３，７
３，７４，７５，８４、ボイラー６、電池冷却水タンク
４７、空気ブロア１５、蒸発器３３、排熱利用システム
３５、センサ２２，２３，４１，４２，５１，５５，６
４、流量制御弁４５，４６，５２，６３，７９、遮断弁
３，５７，６０，６２，７７，７８，８０，９０，９
２，９３、及び配管類である。以下に図３を用いて、こ
の従来の燃料電池発電装置の作用について説明する。2. Description of the Related Art FIG. 3 shows the structure of a solid polymer electrolyte fuel cell power generator using city gas as fuel as a conventional example of a fuel cell power generator. The main components of this device are a desulfurization device 7, an ejector 53, a reforming device 8, a shift converter 11, a selective oxidizer 32, a fuel cell stack 21,
Converter 24, condensers 1, 38, 66, pumps 43, 7
3, 74, 75, 84, boiler 6, battery cooling water tank 47, air blower 15, evaporator 33, exhaust heat utilization system 35, sensors 22, 23, 41, 42, 51, 55, 6
4. Flow control valves 45, 46, 52, 63, 79, shut-off valves 3, 57, 60, 62, 77, 78, 80, 90, 9
2, 93, and piping. The operation of this conventional fuel cell power generator will be described below with reference to FIG.
【０００３】遮断弁３を開け、都市ガス４を脱硫触媒
（コバルト−モリブデン系触媒と酸化亜鉛吸着剤）が充
填された脱硫装置７に供給し、脱硫装置７で改質装置８
及び燃料電池セルスタック２１の燃料極１８の触媒の劣
化原因となる都市ガス４中の腐臭剤に含まれる硫黄分を
吸着除去する。遮断弁５７は、燃料電池発電装置の起動
時のみ開き、起動用バーナ５９に都市ガス４が供給され
る。また、遮断弁７８も、燃料電池発電装置の起動時の
み開き、起動用バーナ５９に空気ブロア１５により改質
装置起動用バーナ空気８９が供給される。起動用バーナ
５９では、燃料電池発電装置の起動時に、都市ガス４が
燃焼し、改質装置８の昇温が行われる。起動時以外は、
遮断弁５７と遮断弁７８は閉じておく。都市ガス供給量
は、電圧センサ２２と電流センサ２３で検出した燃料電
池出力５０と温度センサ４１で検出した改質装置温度か
ら予め設定された燃料電池出力５０及び改質装置温度と
流量制御弁５２の開度（すなわち、都市ガス供給量）の
関係に基づいて、流量制御弁５２の開度を調節すること
によって、都市ガス供給量を燃料電池出力５０と改質装
置温度に見合った値に設定する。脱硫装置７で硫黄分が
吸着除去された都市ガス４は、エジェクタ５３でボイラ
ー６から供給された改質用水蒸気３１と混合され、改質
触媒（通常はニッケル系触媒）が充填された改質装置８
の改質部４８に供給される。遮断弁６２を開け、ボイラ
ーバーナ１０に流量制御弁６３を介して都市ガス４を供
給するとともに、酸化剤極排ガス３７もボイラーバーナ
１０に供給し、ボイラーバーナ１０で都市ガス４と酸化
剤極排ガス３７中の酸素を燃焼させることにより得られ
る燃焼熱を利用して、ボイラー６で改質用水蒸気３１を
発生させる。なお、酸化剤極排ガス３７の代わりに、空
気ブロアを用いて空気をボイラーバーナ１０に供給して
もよい。ボイラーバーナ１０への都市ガス供給量は、予
め設定された流量制御弁５２の開度（すなわち、改質装
置８への都市ガス供給量）と流量制御弁６３の開度（す
なわち、ボイラーバーナ１０への都市ガス供給量）の関
係に基づいて、流量制御弁６３の開度を調節することに
よってボイラー６で改質用水蒸気３１の必要量が生成で
きるように制御する。液面センサ５１でボイラー６の水
位が設定された所定の水位よりも低下したことを検出し
た場合には、液面センサ５１でボイラー６の水位が予め
設定された所定の水位になったことを検出するまで、遮
断弁６０を開け補給水ポンプ４３を動作させてボイラー
６に補給水４４を供給する。ボイラーバーナ排ガス５
は、凝縮器１で凝縮水５６を除去した後に排ガス２とし
て大気中に放出される。凝縮水５６はポンプ８４により
ボイラー６に戻される。燃料電池発電装置の起動時に
は、遮断弁９３を開け酸化剤極排ガス３７の代わり、ボ
イラー起動用ボイラーバーナ空気９４をボイラーバーナ
１０に供給し都市ガス４を燃焼させることによって改質
用水蒸気３１をボイラー６で発生させる。[0003] The shut-off valve 3 is opened, and the city gas 4 is supplied to a desulfurization unit 7 filled with a desulfurization catalyst (a cobalt-molybdenum catalyst and a zinc oxide adsorbent).
In addition, sulfur contained in the deodorant in the city gas 4 that causes deterioration of the catalyst of the fuel electrode 18 of the fuel cell stack 21 is adsorbed and removed. The shut-off valve 57 is opened only when the fuel cell power generator is started, and the city gas 4 is supplied to the starter burner 59. Further, the shut-off valve 78 is also opened only when the fuel cell power generator is started, and the reformer starter burner air 89 is supplied to the starter burner 59 by the air blower 15. In the start-up burner 59, when the fuel cell power generator is started, the city gas 4 burns, and the temperature of the reformer 8 is raised. Except at startup,
The shutoff valve 57 and the shutoff valve 78 are closed. The city gas supply amount is set in advance based on the fuel cell output 50 detected by the voltage sensor 22 and the current sensor 23 and the reformer temperature detected by the temperature sensor 41, the fuel cell output 50, the reformer temperature, and the flow control valve 52. The city gas supply is set to a value commensurate with the fuel cell output 50 and the reformer temperature by adjusting the degree of opening of the flow control valve 52 based on the relationship of the opening of the fuel cell (i.e., the city gas supply). I do. The city gas 4 from which the sulfur content has been adsorbed and removed by the desulfurization device 7 is mixed with the reforming steam 31 supplied from the boiler 6 by an ejector 53, and reformed with a reforming catalyst (usually a nickel-based catalyst). Device 8
Is supplied to the reforming section 48. The shut-off valve 62 is opened, the city gas 4 is supplied to the boiler burner 10 via the flow control valve 63, and the oxidant electrode exhaust gas 37 is also supplied to the boiler burner 10. The boiler burner 10 supplies the city gas 4 and the oxidant electrode exhaust gas. The boiler 6 generates the reforming steam 31 by utilizing the combustion heat obtained by burning the oxygen in the 37. Note that air may be supplied to the boiler burner 10 using an air blower instead of the oxidant electrode exhaust gas 37. The amount of city gas supplied to the boiler burner 10 depends on the preset opening degree of the flow control valve 52 (that is, the supply amount of city gas to the reformer 8) and the opening degree of the flow control valve 63 (that is, the boiler burner 10). The amount of city gas supplied to the boiler 6 is controlled on the basis of the relationship of the amount of the city gas supplied to the boiler 6 so that the boiler 6 can generate the required amount of the reforming steam 31. When the liquid level sensor 51 detects that the water level of the boiler 6 has dropped below the predetermined water level, the liquid level sensor 51 determines that the water level of the boiler 6 has reached the predetermined water level set in advance. Until the detection, the shutoff valve 60 is opened and the makeup water pump 43 is operated to supply the makeup water 44 to the boiler 6. Boiler burner exhaust gas 5
Is released into the atmosphere as exhaust gas 2 after the condensed water 56 is removed by the condenser 1. The condensed water 56 is returned to the boiler 6 by the pump 84. When the fuel cell power generator is started, the shut-off valve 93 is opened and the boiler burner air 94 for starting the boiler is supplied to the boiler burner 10 in place of the oxidant electrode exhaust gas 37 to burn the city gas 4 to thereby convert the reforming steam 31 into the boiler. Generated at 6.
【０００４】エジェクタ５３への改質用水蒸気供給量
は、予め設定記憶された流量制御弁５２の開度（すなわ
ち、改質装置８への都市ガス供給量）とエジェクタ５３
の開度（すなわち、改質用水蒸気供給量）の関係に基づ
いて、エジェクタ５３の開度を調節することによって、
予め設定された所定のスチームカーボン比となるように
制御する。改質装置８では、燃焼ガスである都市ガス４
の水蒸気改質が行われ、水素リッチな改質ガスが作られ
る。都市ガスの主成分であるメタンの水蒸気改質反応は
次式で表される。[0004] The supply amount of reforming steam to the ejector 53 is determined by the opening degree of the flow control valve 52 (that is, the supply amount of city gas to the reformer 8) which is set and stored in advance.
By adjusting the opening of the ejector 53 based on the relationship of the opening of the ejector 53 (that is, the supply amount of reforming steam),
Control is performed so that a predetermined steam carbon ratio is set. In the reformer 8, the city gas 4 which is the combustion gas
Is performed to produce a hydrogen-rich reformed gas. The steam reforming reaction of methane, which is the main component of city gas, is expressed by the following equation.
【０００５】[0005]
【数１】 この水素リッチな改質ガスには、燃料電池セルスタック
２１の燃料極１８の触媒の劣化原因となる一酸化炭素が
含まれているので、改質ガスはシフト触媒（銅−亜鉛系
触媒）が充填されたシフトコンバータ１１に送られ、次
式に示すシフト反応により改質ガス中の一酸化炭素が二
酸化炭素に変換される。(Equation 1) Since the hydrogen-rich reformed gas contains carbon monoxide, which causes deterioration of the catalyst of the fuel electrode 18 of the fuel cell stack 21, the shift gas (copper-zinc catalyst) is used as the reformed gas. The carbon monoxide in the reformed gas is converted into carbon dioxide by the shift reaction shown in the following equation.
【０００６】[0006]
【数２】 シフトコンバータ１１により、改質ガス中の一酸化炭素
濃度は１％以下まで低減される。固体高分子電解質型燃
料電池は、低温動作のため、リン酸型燃料電池に比べて
一酸化炭素の被毒に弱い。そこで、シフトコンバータ１
１で一酸化炭素濃度が下げられた水素リッチな改質ガス
は、さらに一酸化炭素選択酸化触媒（白金−ルテニウム
系触媒）が充填された選択酸化器３２に送られ、改質ガ
ス中の一酸化炭素が（３）式に示す反応により空気中の
酸素と反応し二酸化炭素に変換される。(Equation 2) The shift converter 11 reduces the concentration of carbon monoxide in the reformed gas to 1% or less. Solid polymer electrolyte fuel cells are less susceptible to carbon monoxide poisoning than phosphoric acid fuel cells because of their low temperature operation. Therefore, shift converter 1
The hydrogen-rich reformed gas whose carbon monoxide concentration has been reduced in step 1 is sent to a selective oxidizer 32 further filled with a carbon monoxide selective oxidation catalyst (platinum-ruthenium-based catalyst), and the hydrogen contained in the reformed gas is removed. The carbon oxide reacts with oxygen in the air by the reaction shown in the equation (3) and is converted into carbon dioxide.
【０００７】 （一酸化炭素の選択酸化反応） ＣＯ＋1/2 Ｏ2 →ＣＯ2 （３） 選択酸化器３２により改質ガス中の一酸化炭素濃度は数
ｐｐｍ程度まで低減される。一酸化炭素選択酸化用空気
６７は、遮断弁８０を開けて、空気ブロア１５により選
択酸化器３２に供給する。選択酸化器３２への空気供給
量は、予め設定された流量制御弁５２の開度（すなわ
ち、都市ガス供給量）と流量制御弁７９の開度（すなわ
ち、空気供給量）の関係に基づき、流量制御弁７９の開
度を調節することによって、予め設定された所定の供給
量になるように制御する。選択酸化器３２を出た改質ガ
スは、凝縮器６６で未反応水蒸気を凝縮水６５として除
去した後（固体高分子電解質型燃料電池の作動温度が８
０℃と低いため）、燃料電池セルスタック２１の燃料極
１８に供給され、燃料電池の発電に利用される。また、
シフトコンバータ１１の出口ガスの一部は脱硫装置７に
リサイクルされ、リサイクルガス中の水素が脱硫反応に
使用される。リサイクルガスの供給量は、予め設定され
た流量制御弁５２の開度（すなわち、改質装置８への都
市ガス供給量）と流量制御弁５４の開度（すなわち、リ
サイクルガス供給量）の関係に基づき、流量制御弁５４
の開度を調節することによって、予め設定された所定の
供給量になるように制御する。(Selective oxidation reaction of carbon monoxide) CO + 1/2 O 2 → CO 2 (3) The concentration of carbon monoxide in the reformed gas is reduced by the selective oxidizer 32 to about several ppm. The air for selective oxidation of carbon monoxide 67 is supplied to the selective oxidizer 32 by the air blower 15 by opening the shut-off valve 80. The amount of air supplied to the selective oxidizer 32 is determined based on a preset relationship between the opening degree of the flow control valve 52 (that is, the supply amount of city gas) and the opening degree of the flow control valve 79 (that is, the amount of air supply). By controlling the opening degree of the flow control valve 79, control is performed so that a predetermined supply amount is set in advance. After the unreacted steam is removed as condensed water 65 by the condenser 66 from the reformed gas that has exited the selective oxidizer 32 (the operating temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell becomes 8).
Since the temperature is as low as 0 ° C.), it is supplied to the fuel electrode 18 of the fuel cell stack 21 and used for power generation of the fuel cell. Also,
Part of the outlet gas of the shift converter 11 is recycled to the desulfurization device 7, and hydrogen in the recycled gas is used for the desulfurization reaction. The supply amount of the recycle gas is determined by the relationship between the preset opening degree of the flow control valve 52 (that is, the supply amount of the city gas to the reformer 8) and the opening degree of the flow control valve 54 (that is, the supply amount of the recycle gas). Based on the flow control valve 54
By controlling the degree of opening, control is performed so that a predetermined supply amount is set in advance.
【０００８】一方、燃料電池セルスタック２１の酸化剤
極２０には、遮断弁７７を開け空気ブロア１５を用いて
取り込んだ外気１７を発電用空気１６として供給する。
発電用空気１６の供給量は、電圧センサ２２と電流セン
サ２３で検出した燃料電池出力５０から予め設定された
燃料電池出力５０と流量制御弁４６の開度（すなわち、
発電用空気供給量）の関係に基づいて、流量制御弁４６
の開度を調節し、燃料電池出力５０に見合った値に制御
する。燃料電池セルスタック２１の燃料極１８では、
（４）式に示す反応により、改質ガス中の水素が水素イ
オンと電子に変わる。On the other hand, the shut-off valve 77 is opened and the outside air 17 taken in by using the air blower 15 is supplied to the oxidant electrode 20 of the fuel cell stack 21 as the power generation air 16.
The supply amount of the power generation air 16 is determined based on the fuel cell output 50 detected by the voltage sensor 22 and the current sensor 23 and the fuel cell output 50 set in advance and the opening degree of the flow control valve 46 (that is, the opening degree of the flow control valve 46).
Flow control valve 46 based on the relationship
Is adjusted to a value that matches the fuel cell output 50. In the fuel electrode 18 of the fuel cell stack 21,
By the reaction shown in the equation (4), hydrogen in the reformed gas is converted into hydrogen ions and electrons.
【０００９】 （燃料極反応） Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- （４） 水素イオンは電解質１９の内部を拡散し、酸化剤極２０
に到達する。一方、電子は外部回路を流れ、燃料電池出
力５０として取り出される。酸化剤極２０では、（５）
式に示す反応により、燃料極１８から電解質１９の中を
拡散してきた水素イオン、燃料極１８から外部回路を通
じて移動してきた電子、及び空気中の酸素が三相界面で
反応し、水が生成する。(Fuel Electrode Reaction) H 2 → 2H + + 2e − (4) Hydrogen ions diffuse inside the electrolyte 19 and become
To reach. On the other hand, electrons flow through an external circuit and are taken out as a fuel cell output 50. In the oxidant electrode 20, (5)
By the reaction shown in the formula, hydrogen ions diffused from the fuel electrode 18 into the electrolyte 19, electrons transferred from the fuel electrode 18 through an external circuit, and oxygen in the air react at the three-phase interface to generate water. .
【００１０】 （酸化剤極反応） ２Ｈ+ ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ （５） （４）式と（５）式をまとめると、燃料電池セルスタッ
ク２１での全電池反応は、（６）式に示す水素と酸素か
ら水ができる単純な反応として表すことができる。(Oxidant Electrode Reaction) 2H + +1/2 O 2 + 2e − → H 2 O (5) Summarizing equations (4) and (5), the total cell reaction in the fuel cell stack 21 is as follows. It can be expressed as a simple reaction of water from hydrogen and oxygen as shown in equation (6).
【００１１】 （電池反応） Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ （６） 発電によって得られた燃料電池出力５０は、変換装置２
４で電圧変換あるいは直流−交流変換が行われた後に、
負荷２５に供給される。燃料極１８では、改質ガス中の
水素が全て（４）式に示した電極反応で消費されるわけ
ではなく、全体の８０％程度の水素が使われるだけであ
る。残りの約２０％の水素が、未反応水素として燃料極
排ガス１３中に残存する。これは、燃料極１８で改質ガ
ス中の水素を全て電極反応で消費しようとすると、ガス
出口付近で局所的に水素が不足し、水素の代わりに燃料
極基板のカーボンが反応し燃料電池セルスタック２１が
劣化するためである。未反応水素を含む燃料極排ガス１
３は、改質装置バーナ９に供給され、バーナ燃料として
使用される。（１）式に示したメタンの水蒸気改質反応
は吸熱反応であるので、外部から反応熱に見合う熱を改
質装置８の改質部４８に与える必要がある。このため、
改質装置バーナ９で燃料極排ガス１３中の水素を遮断弁
９０を開けて空気ブロア１５により供給した燃焼用空気
１２とともに燃焼させることにより、改質装置８の改質
部４８の温度を最大７００℃程度まで昇温する。燃焼用
空気１２の供給量は、温度センサ４１で検出した改質装
置温度から予め設定された改質装置温度と流量制御弁４
５の開度（すなわち、燃焼用空気供給量）の関係に基づ
いて、流量制御弁４５の開度を調節することによって制
御する。(Battery Reaction) H 2 +1/2 O 2 → H 2 O (6) The fuel cell output 50 obtained by the power generation is
After voltage conversion or DC-AC conversion is performed in 4,
The load 25 is supplied. In the fuel electrode 18, not all of the hydrogen in the reformed gas is consumed by the electrode reaction shown in the equation (4), but only about 80% of the whole hydrogen is used. About 20% of the remaining hydrogen remains in the fuel electrode exhaust gas 13 as unreacted hydrogen. This is because if all of the hydrogen in the reformed gas is consumed by the electrode reaction at the fuel electrode 18, the hydrogen locally runs short near the gas outlet, and the carbon on the fuel electrode substrate reacts instead of hydrogen, and the fuel cell This is because the stack 21 is deteriorated. Fuel electrode exhaust gas 1 containing unreacted hydrogen
3 is supplied to the reformer burner 9 and used as burner fuel. Since the steam reforming reaction of methane shown in the equation (1) is an endothermic reaction, it is necessary to externally provide heat corresponding to the reaction heat to the reforming section 48 of the reformer 8. For this reason,
The reformer burner 9 burns hydrogen in the fuel electrode exhaust gas 13 together with the combustion air 12 supplied by the air blower 15 by opening the shut-off valve 90 to raise the temperature of the reformer 48 of the reformer 8 up to 700. Raise the temperature to about ° C. The supply amount of the combustion air 12 is determined based on the reformer temperature preset by the reformer temperature detected by the temperature sensor 41 and the flow control valve 4.
The control is performed by adjusting the opening degree of the flow control valve 45 based on the relationship of the opening degree (that is, the supply amount of combustion air) of the fifth embodiment.
【００１２】燃料極排ガス１３中の未反応水素の燃焼反
応により生成した水蒸気を含む改質装置バーナ燃焼排ガ
ス１４は凝縮器３８に送られ、水蒸気が凝縮水４０とし
て除去された後に、排ガス３９として大気中に放出され
る。凝縮水４０と凝縮水６５はポンプ７４によりボイラ
ー６に戻される。The reformer burner combustion exhaust gas 14 containing steam generated by the combustion reaction of unreacted hydrogen in the fuel electrode exhaust gas 13 is sent to a condenser 38, and after the steam is removed as condensed water 40, Released into the atmosphere. The condensed water 40 and the condensed water 65 are returned to the boiler 6 by the pump 74.
【００１３】（６）式に示した電池反応は発熱反応であ
るので、燃料電池セルスタック２１の温度は、発電時間
の経過とともに上昇する。燃料電池セルスタック２１の
温度上昇が起こると、電解質１９の水素イオン伝導率が
上がるために抵抗が減少し出力特性が一時的に向上する
が、劣化が起こり易くなり寿命低下が生じる。また、固
体高分子電解質型燃料電池では、発電中に固体高分子電
解質膜中の水分が逃出するので、加湿しないと電池性能
が低下する。そこで、電池冷却水タンク４７から電池冷
却水２６を電池冷却水循環ポンプ７５によりセルスタッ
ク２１の加湿冷却器６９に供給し、燃料電池セルスタッ
ク２１の冷却と固体高分子電解質膜の加湿を行う。燃料
電池セルスタック２１の動作温度は、寿命と性能の両方
を勘案して８０℃前後に設定されるのが一般的である。
電池冷却水２６の供給量は、温度センサ４２で検出した
燃料電池セルスタック２１の出口温度が予め設定された
所定の温度範囲となるように、電池冷却水循環ポンプ７
５の回転数を調節することによって制御する。燃料電池
セルスタック２１を出た電池冷却水２６は、６０℃の温
水の形で電池冷却水タンク４７に戻される。液面センサ
５５で電池冷却水タンク４７の水位が予め設定された所
定の水位より低下したことを検出した場合には、液面セ
ンサ５５で電池冷却水タンク４７の水位が予め設定され
た所定の水位になったことを検出するまで、遮断弁９２
を開け補給水ポンプ４３を動作させて電池冷却水タンク
４７に補給水４４を供給する。また、起動時及び温度セ
ンサ６４で電池冷却水温度が予め設定された所定の温度
より低下したことを検出した場合には、予め設定された
所定の電力を温度センサ６４で電池冷却水温度が予め設
定された所定の温度を越えたことを検出するまで電池冷
却水タンクヒータ６８に供給し、電池冷却水２６を昇温
する。電池冷却水タンク４７の温水の一部は、排熱回収
用温水６１として排熱回収用温水循環ポンプ７３により
蒸発器３３に供給され、排熱利用システム３５の冷媒３
６の蒸発に使われる。Since the battery reaction shown in the equation (6) is an exothermic reaction, the temperature of the fuel cell stack 21 rises as the power generation time elapses. When the temperature of the fuel cell stack 21 rises, the hydrogen ion conductivity of the electrolyte 19 increases, so that the resistance decreases and the output characteristics temporarily improve. However, the deterioration easily occurs and the life is shortened. Further, in a solid polymer electrolyte fuel cell, since the water in the solid polymer electrolyte membrane escapes during power generation, the cell performance deteriorates unless it is humidified. Therefore, the battery cooling water 26 is supplied from the battery cooling water tank 47 to the humidifying cooler 69 of the cell stack 21 by the battery cooling water circulation pump 75 to cool the fuel cell stack 21 and humidify the solid polymer electrolyte membrane. The operating temperature of the fuel cell stack 21 is generally set to about 80 ° C. in consideration of both the life and the performance.
The supply amount of the battery cooling water 26 is adjusted so that the outlet temperature of the fuel cell stack 21 detected by the temperature sensor 42 falls within a predetermined temperature range set in advance.
The control is performed by adjusting the number of rotations of No. 5. The battery cooling water 26 that has exited the fuel cell stack 21 is returned to the battery cooling water tank 47 in the form of hot water at 60 ° C. When the liquid level sensor 55 detects that the water level of the battery cooling water tank 47 has dropped below a predetermined level, the liquid level sensor 55 sets the water level of the battery cooling water tank 47 to a predetermined level. Until the water level is detected, the shutoff valve 92 is
Is opened and the makeup water pump 43 is operated to supply makeup water 44 to the battery cooling water tank 47. Further, at the time of start-up and when the temperature sensor 64 detects that the battery cooling water temperature has dropped below a predetermined temperature, the temperature sensor 64 applies the predetermined power to the battery cooling water temperature in advance. The battery cooling water 26 is supplied to the battery cooling water tank heater 68 until it detects that the temperature has exceeded the set predetermined temperature, and the temperature of the battery cooling water 26 is raised. A part of the hot water in the battery cooling water tank 47 is supplied to the evaporator 33 by the exhaust heat recovery hot water circulation pump 73 as the exhaust heat recovery hot water 61, and the refrigerant 3 in the exhaust heat utilization system 35 is discharged.
6 used for evaporation.
【００１４】この従来の固体高分子電解質型燃料電池発
電装置では、起動時に改質装置を燃料電池による発電が
可能な７００℃まで昇温するのに長時間（４時間程度）
を要する。燃料電池排熱として６０℃の温水しか利用で
きないので熱利用を含めた総合効率が低いなどの問題点
がある。In this conventional solid polymer electrolyte fuel cell power generator, it takes a long time (about 4 hours) to raise the temperature of the reformer to 700 ° C. at which power can be generated by the fuel cell at startup.
Cost. Since only hot water of 60 ° C. can be used as exhaust heat of the fuel cell, there is a problem that the overall efficiency including heat utilization is low.
【００１５】また、図４に燃料電池発電装置の別の従来
例として、都市ガスを燃料としたリン酸型燃料電池発電
装置の構成を示す。本装置の主な構成要素は、脱硫装置
７、エジェクタ５３、改質装置８、シフトコンバータ１
１、燃料電池セルスタック２１、変換装置２４、凝縮器
３８、ポンプ４３，７４、気水分離器２７、空気ブロア
１５、蒸発器３３、排熱利用システム３５、センサ２
２，２３，４１，４２，４９，５５、流量制御弁３０，
４５，４６，５２、遮断弁３，５７，７７，７８，９
０、及び配管類である。図中、図３と同一のものは同一
符号で表し、これらのものについてはその説明を省略す
る。以下図４を用いて、このもう一つの従来の燃料電池
発電装置の作用について説明する。FIG. 4 shows a configuration of a phosphoric acid fuel cell power generator using city gas as fuel, as another conventional example of the fuel cell power generator. The main components of this apparatus are a desulfurizer 7, an ejector 53, a reformer 8, a shift converter 1
1. Fuel cell stack 21, converter 24, condenser 38, pumps 43 and 74, steam separator 27, air blower 15, evaporator 33, exhaust heat utilization system 35, sensor 2
2, 23, 41, 42, 49, 55, the flow control valve 30,
45, 46, 52, shut-off valves 3, 57, 77, 78, 9
0, and piping. In the drawing, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The operation of another conventional fuel cell power generator will be described below with reference to FIG.
【００１６】リン酸型燃料電池発電装置は、前述した固
体高分子電解質型燃料電池発電装置とは以下の点が異な
る。すなわち、動作温度が１９０℃と高いために、改質
ガス中の水蒸気を燃料電池セルスタック直前で凝縮させ
るための凝縮器は不要である。シフトコンバータ１１で
一酸化炭素濃度が下げられた水素リッチな改質ガスは、
リン酸型燃料電池が固体高分子電解質型燃料電池に比べ
て高温作動のためＣＯ被毒に強いので、そのまま燃料電
池セルスタック２１の燃料極１８に供給され燃料電池の
発電に利用されるとともに、その一部は脱硫装置７にリ
サイクルされ、リサイクルガス中の水素が脱硫反応に使
用される。The phosphoric acid fuel cell power generator differs from the above-mentioned solid polymer electrolyte fuel cell power generator in the following points. That is, since the operating temperature is as high as 190 ° C., a condenser for condensing the steam in the reformed gas immediately before the fuel cell stack is unnecessary. The hydrogen-rich reformed gas whose carbon monoxide concentration has been reduced by the shift converter 11 is
Since the phosphoric acid type fuel cell operates at a higher temperature than the solid polymer electrolyte type fuel cell and is resistant to CO poisoning, it is directly supplied to the fuel electrode 18 of the fuel cell stack 21 and used for power generation of the fuel cell. A part thereof is recycled to the desulfurization device 7, and hydrogen in the recycled gas is used for the desulfurization reaction.
【００１７】また、燃料極排ガス１３中の未反応水素の
燃焼反応により生成した水蒸気と未反応水蒸気を含む改
質装置バーナ燃焼排ガス１４と（６）式に示した電池反
応により生成した水蒸気を含む酸化剤極排ガス３７は凝
縮器３８に送られ、水蒸気が凝縮水４０として除去され
た後に、排ガス３９として大気中に放出される。凝縮水
４０は、気水分離器２７に戻され、電池冷却水２６、改
質用水蒸気３１、排熱回収用水蒸気３４等に利用され
る。The reformer burner combustion exhaust gas 14 containing unreacted steam and steam generated by the combustion reaction of unreacted hydrogen in the fuel electrode exhaust gas 13 and steam generated by the cell reaction shown in equation (6). The oxidant electrode exhaust gas 37 is sent to a condenser 38, where water vapor is removed as condensed water 40, and then released to the atmosphere as exhaust gas 39. The condensed water 40 is returned to the steam separator 27, and is used as the battery cooling water 26, the reforming steam 31, the exhaust heat recovery steam 34, and the like.
【００１８】さらに、気水分離器２７から電池冷却水２
６を冷却器７０に供給し、燃料電池セルスタック２１の
冷却を行う。燃料電池セルスタック２１の作動温度は、
寿命と性能の両方を勘案して１９０℃前後に設定される
のが一般的である。電池冷却水２６の供給量は、温度セ
ンサ４２で検出した燃料電池セルスタック２１の出口温
度が予め設定された所定の温度範囲となるように、流量
制御弁３０の開度を調節することによって制御する。燃
料電池セルスタック２１を出た電池冷却水２６は、水と
水蒸気の混合物の形で気水分離器２７に戻される。起動
時及び圧力センサ４９で気水分離器圧力が予め設定され
た所定の圧力より低下したことを検出した場合には、予
め設定された所定の電力を圧力センサ４９で気水分離器
２７の圧力が予め設定された所定の圧力を越えたことを
検出するまで気水分離器ヒータ２８に供給し、水蒸気を
発生させる。また、液面センサ５５で気水分離器２７の
水位が予め設定された所定の水位よりも低下したことを
検出した場合には、液面センサ５５で気水分離器２７の
水位が予め設定された所定の水位になったことを検出す
るまで、補給水ポンプ４３を動作させて気水分離器２７
に補給水４４を供給する。燃料電池セルスタック２１か
ら気水分離器２７に供給された水蒸気あるいは気水分離
器２７で発生させた水蒸気のうち、改質用水蒸気３１と
して使用する以外の水蒸気は、排熱回収用水蒸気３４と
して蒸発器３３に供給し、排熱利用システム３５の冷媒
３６の蒸発に使われる。蒸発器３３で凝縮した排熱回収
用水蒸気３４の凝縮水５８は、気水分離器２７に戻され
る。改質用水蒸気３１は気水分離器２７から送られるの
で、固体高分子電解質型燃料電池発電装置のように改質
用水蒸気３１の発生のためにボイラーを設ける必要はな
い。Further, the battery water 2 is supplied from the steam separator 27.
6 is supplied to the cooler 70 to cool the fuel cell stack 21. The operating temperature of the fuel cell stack 21 is:
The temperature is generally set at around 190 ° C. in consideration of both the life and the performance. The supply amount of the battery cooling water 26 is controlled by adjusting the opening of the flow control valve 30 so that the outlet temperature of the fuel cell stack 21 detected by the temperature sensor 42 falls within a predetermined temperature range set in advance. I do. The battery cooling water 26 exiting the fuel cell stack 21 is returned to the steam separator 27 in the form of a mixture of water and steam. At start-up and when the pressure sensor 49 detects that the steam-water separator pressure has dropped below a predetermined pressure, the pressure sensor 49 applies the predetermined power to the pressure of the steam-water separator 27. Is supplied to the steam / water separator heater 28 until it detects that the pressure exceeds a predetermined pressure set in advance to generate steam. When the liquid level sensor 55 detects that the water level of the water / water separator 27 has dropped below a predetermined water level, the liquid level sensor 55 sets the water level of the water / water separator 27 in advance. Until it is detected that the water level has reached the predetermined water level, the makeup water pump 43 is operated and the steam-water separator 27 is operated.
Is supplied with makeup water 44. Of the steam supplied from the fuel cell stack 21 to the steam separator 27 or the steam generated by the steam separator 27, steam other than the steam used for the reforming steam 31 is used as the exhaust heat recovery steam 34. It is supplied to the evaporator 33 and used for evaporating the refrigerant 36 of the exhaust heat utilization system 35. The condensed water 58 of the exhaust heat recovery steam 34 condensed in the evaporator 33 is returned to the steam separator 27. Since the reforming steam 31 is sent from the steam separator 27, it is not necessary to provide a boiler for generating the reforming steam 31 unlike the solid polymer electrolyte fuel cell power generator.
【００１９】この従来のリン酸型燃料電池発電装置で
は、前述した固体高分子電解質型燃料電池発電装置と同
様、起動時に改質装置を燃料電池による発電が可能な７
００℃まで昇温するのに長時間（４時間程度）を要す
る、気水分離器で発生した水蒸気の一部しか排熱回収用
水蒸気として利用できないので熱利用を含めた総合効率
が低い等の問題点がある。In this conventional phosphoric acid fuel cell power generator, similar to the above-described solid polymer electrolyte fuel cell power generator, the reformer can generate power by the fuel cell at startup.
It takes a long time (about 4 hours) to raise the temperature to 00 ° C, and only a part of the steam generated by the steam separator can be used as steam for exhaust heat recovery, so the overall efficiency including heat utilization is low. There is a problem.
【００２０】[0020]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の燃料電池発電装置の起動に長時間を要する、排熱利用
に必要な排熱回収用水蒸気が発生しないあるいは排熱回
収用水蒸気量が少ないので熱利用を含めた総合効率が低
いという問題点を解決し、短時間起動が可能で、且つ熱
利用を含めた総合効率を向上し得る燃料電池発電装置を
提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a conventional fuel cell power generator which requires a long time to start, does not generate waste heat recovery steam required for waste heat utilization, or has a waste heat recovery steam amount. It is therefore an object of the present invention to solve the problem that the total efficiency including heat utilization is low because the number of fuel cells is small, and to provide a fuel cell power generator that can be started in a short time and can improve the overall efficiency including heat utilization.
【００２１】[0021]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、燃料から水素を作るための改質装置、電解
質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを
積層したセルスタック、燃料供給装置、空気供給装置、
及び水回収装置を有する燃料電池発電装置において、前
記改質装置に前記燃料の部分酸化反応に対して触媒活性
を有する触媒を充填することを特徴とするものである。In order to achieve the above object, the present invention relates to a reformer for producing hydrogen from fuel, a cell stack in which cells comprising a fuel electrode and an oxidant electrode sandwiched by an electrolyte are stacked, Fuel supply, air supply,
And a fuel cell power generator having a water recovery device, wherein the reformer is filled with a catalyst having catalytic activity for a partial oxidation reaction of the fuel.
【００２２】また本発明は、上記燃料電池発電装置にお
いて、改質装置に触媒活性を有しない安定な熱伝導材を
充填することを特徴とするものである。また本発明は、
上記燃料電池発電装置において、改質装置に燃料の水蒸
気改質反応に対して触媒活性を有する触媒を充填するこ
とを特徴とするものである。Further, the present invention is characterized in that, in the above fuel cell power generator, the reformer is filled with a stable heat conductive material having no catalytic activity. The present invention also provides
In the above fuel cell power generator, the reformer is filled with a catalyst having catalytic activity for a steam reforming reaction of fuel.
【００２３】また本発明は、上記燃料電池発電装置にお
いて、改質装置に冷却部を有することを特徴とするもの
である。また本発明は、上記燃料電池発電装置におい
て、改質装置の冷却部にボイラーから改質装置冷却水を
供給循環させる改質装置冷却水配管を有することを特徴
とするものである。According to the present invention, in the fuel cell power generator described above, the reformer has a cooling unit. Further, the present invention is characterized in that in the fuel cell power generator, a reformer cooling water pipe for supplying and circulating the reformer cooling water from a boiler is provided in a cooling unit of the reformer.
【００２４】また本発明は、上記燃料電池発電装置にお
いて、気水分離器と、改質装置の冷却部に前記気水分離
器から改質装置冷却水を供給循環させる改質装置冷却水
配管を有することを特徴とするものである。Further, according to the present invention, in the above fuel cell power generator, a steam separator and a reformer cooling water pipe for supplying and circulating the reformer coolant from the steam separator to a cooling section of the reformer are provided. It is characterized by having.
【００２５】また本発明は、上記燃料電池発電装置にお
いて、セルスタックからの燃料極排ガスをボイラーバー
ナで燃焼させて水蒸気を発生させるためのボイラーと、
水回収装置の凝縮器から前記ボイラーに凝縮水を供給す
るための凝縮水供給配管と、前記ボイラーで発生させた
前記水蒸気を改質装置に供給するための改質用水蒸気供
給配管と、前記燃料極排ガスを前記ボイラーバーナに供
給するための燃料極排ガス供給配管と、空気を空気供給
設備から前記ボイラーバーナに供給するための空気供給
配管と、空気を前記空気供給設備から前記改質装置に供
給するための空気供給配管とを具備することを特徴とす
るものである。The present invention also provides a fuel cell power generator as described above, wherein a boiler for burning fuel electrode exhaust gas from the cell stack with a boiler burner to generate steam.
A condensed water supply pipe for supplying condensed water from the condenser of the water recovery apparatus to the boiler; a reforming steam supply pipe for supplying the steam generated by the boiler to a reforming apparatus; Fuel electrode exhaust gas supply pipe for supplying pole exhaust gas to the boiler burner, air supply pipe for supplying air from the air supply facility to the boiler burner, and air to the reformer from the air supply facility And an air supply pipe for performing the operation.
【００２６】また本発明は、上記燃料電池発電装置にお
いて、排熱回収装置と、セルスタックからの燃料極排ガ
スをボイラーバーナで燃焼させて水蒸気を発生させるた
めのボイラーと、水回収装置の凝縮器から凝縮水を前記
ボイラーに供給するための凝縮水供給配管と、前記ボイ
ラーで発生させた前記水蒸気を改質装置に供給するため
の改質用水蒸気供給配管と、前記ボイラーで発生させた
前記水蒸気を前記排熱回収装置に供給するための排熱回
収用水蒸気供給配管と、前記燃料極排ガスを前記ボイラ
ーバーナに供給するための燃料極排ガス供給配管と、空
気を空気供給設備から前記ボイラーバーナに供給するた
めの空気供給配管と、空気を前記空気供給設備から前記
改質装置に供給するための空気供給配管とを具備するこ
とを特徴とするものである。The present invention also provides the fuel cell power generator as described above, wherein the exhaust heat recovery device, a boiler for burning fuel electrode exhaust gas from the cell stack with a boiler burner to generate steam, and a condenser for the water recovery device are provided. A condensed water supply pipe for supplying condensed water to the boiler, a reforming steam supply pipe for supplying the steam generated by the boiler to a reformer, and the steam generated by the boiler A steam supply pipe for exhaust heat recovery for supplying the exhaust heat recovery apparatus, a fuel electrode exhaust gas supply pipe for supplying the anode exhaust gas to the boiler burner, and air from the air supply facility to the boiler burner. An air supply pipe for supplying air, and an air supply pipe for supplying air from the air supply equipment to the reformer are provided. It is.
【００２７】また本発明は、上記燃料電池発電装置にお
いて、セルスタックからの燃料極排ガスをボイラーバー
ナで燃焼させて水蒸気を発生させるボイラーと、前記ボ
イラーで発生させた前記水蒸気を改質装置に供給するた
めの改質用水蒸気供給配管と、前記燃料極排ガスを前記
ボイラーバーナに供給するための燃料極排ガス供給配管
と、酸化剤極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するた
めの酸化剤極排ガス供給配管と、空気を空気供給設備か
ら前記改質装置に供給するための空気供給配管とを具備
することを特徴とするものである。Further, according to the present invention, in the above fuel cell power generator, a boiler for burning fuel electrode exhaust gas from a cell stack with a boiler burner to generate steam, and supplying the steam generated by the boiler to a reformer. Reforming steam supply pipe, a fuel electrode exhaust gas supply pipe for supplying the fuel electrode exhaust gas to the boiler burner, and an oxidant electrode exhaust gas supply pipe for supplying the oxidant electrode exhaust gas to the boiler burner And an air supply pipe for supplying air from the air supply equipment to the reforming apparatus.
【００２８】また本発明は、上記燃料電池発電装置にお
いて、排熱回収装置と、セルスタックからの燃料極排ガ
スをボイラーバーナで燃焼させて水蒸気を発生させるボ
イラーと、水回収装置の凝縮器から前記ボイラーに凝縮
水を供給するための凝縮水供給配管と、前記ボイラーで
発生させた前記水蒸気を改質装置に供給するための改質
用水蒸気供給配管と、前記ボイラーで発生させた前記水
蒸気を前記排熱回収装置に供給するための排熱回収用水
蒸気供給配管と、前記燃料極排ガスを前記ボイラーバー
ナに供給するための燃料極排ガス供給配管と、酸化剤極
排ガスを前記ボイラーバーナに供給するための酸化剤極
排ガス供給配管と、空気を空気供給設備から前記改質装
置に供給するための空気供給配管とを具備することを特
徴とするものである。Further, according to the present invention, in the above fuel cell power generator, the exhaust heat recovery device, the boiler for burning fuel electrode exhaust gas from the cell stack with a boiler burner to generate steam, and the condenser of the water recovery device, A condensed water supply pipe for supplying condensed water to the boiler, a reforming steam supply pipe for supplying the steam generated by the boiler to a reforming device, and the steam generated by the boiler A steam supply pipe for exhaust heat recovery for supplying the exhaust heat recovery device, a fuel electrode exhaust gas supply pipe for supplying the fuel electrode exhaust gas to the boiler burner, and an oxidant electrode exhaust gas for supplying the oxidant electrode exhaust gas to the boiler burner An oxidizer electrode exhaust gas supply pipe, and an air supply pipe for supplying air from an air supply facility to the reformer. .
【００２９】本発明は、ボイラーで燃料極排ガスを燃焼
させることによって燃料の改質に必要な改質用水蒸気と
排熱利用に必要な排熱回収用水蒸気を発生させること
と、改質装置で発熱反応である燃料の部分酸化反応によ
り改質装置の昇温と水素生成を同時に行うことを最も主
要な特徴とする。従来の技術とは、改質装置に燃料の部
分酸化反応に対して触媒活性を有する触媒を充填するこ
とによって、改質装置への燃料極排ガスの燃焼による熱
供給、すなわち改質装置バーナを不要にしたこと、及び
燃料極排ガスを燃焼させることによって水蒸気を発生さ
せるためのボイラーを設けたという点が異なる。According to the present invention, a boiler burns fuel electrode exhaust gas to generate reforming steam required for fuel reforming and exhaust heat recovery steam required for exhaust heat utilization. The most important feature is to simultaneously raise the temperature of the reformer and generate hydrogen by a partial oxidation reaction of the fuel, which is an exothermic reaction. By filling the reformer with a catalyst that has catalytic activity for the partial oxidation reaction of fuel, heat is supplied to the reformer by burning the anode exhaust gas, that is, a reformer burner is not required. And a boiler for generating steam by burning the anode exhaust gas.
【００３０】[0030]
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態例を詳細に説明する。図１に本発明の第１の実施
形態例を表す構成説明図を示す。図中、図３と同一のも
のは同一符号で表し、これらのものについてはその説明
を省略する。図１を用いて本発明の第１の実施形態例を
説明する。本実施形態例は、図３に示した従来例とは、
改質装置８の改質部４８に都市ガス４の主成分であるメ
タンの部分酸化反応に対して触媒活性を有する触媒を単
独に、あるいはメタンの水蒸気改質反応に触媒活性を有
する触媒と触媒活性を有しない熱伝導材のうちいずれか
一方または両方を一緒に充填することによって、改質装
置８の改質装置バーナ９、燃料極排ガス１３の改質装置
バーナ９への供給配管、及び燃焼用空気１２の改質装置
バーナ９への供給配管、改質装置バーナ燃焼排ガス１４
の凝縮器３８への供給配管、凝縮器３８、凝縮水４０の
ボイラー６への供給配管、起動用バーナ５９、都市ガス
４の起動用バーナ５９への供給配管、都市ガス４の起動
用バーナ５９への供給配管上の遮断弁５７、改質装置起
動用バーナ空気８９の起動用バーナ５９への供給配管、
及び改質装置起動用バーナ空気８９の起動用バーナ５９
への供給配管上の遮断弁７８が不要になった点、燃焼極
排ガス１３のボイラーバーナ１０への供給配管、都市ガ
ス４と部分酸化用空気８１を混合する混合器７６、部分
酸化用空気８１の混合器７６への供給配管、部分酸化用
空気８１の混合器７６への供給配管上の遮断弁８３と流
量制御弁８２、改質装置８の冷却部８５、ボイラー６か
らの改質装置８の冷却部８５への改質装置冷却水８６の
循環供給配管、及びボイラー６からの改質装置８の冷却
部８５への改質装置冷却水８６の循環供給配管上の遮断
弁８８と温度センサ８７を新たに設けた点が異なる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a structural explanatory view showing a first embodiment of the present invention. In the drawing, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the conventional example shown in FIG.
In the reforming section 48 of the reformer 8, a catalyst having a catalytic activity for the partial oxidation reaction of methane which is a main component of the city gas 4 alone or a catalyst having a catalytic activity for the steam reforming reaction of methane is used. By filling together one or both of the heat conductive materials having no activity, the reformer burner 9 of the reformer 8, the supply pipe of the anode exhaust gas 13 to the reformer burner 9, and the combustion Supply pipe to the reformer burner 9, the combustion exhaust gas 14 for the reformer burner
Supply pipe to the condenser 38, the condenser 38, the supply pipe for the condensed water 40 to the boiler 6, the starter burner 59, the supply pipe to the starter burner 59 for the city gas 4, the starter burner 59 for the city gas 4 Shut-off valve 57 on supply pipe to supply pipe for supply to burner 59 for starting burner air 89 for starting reformer,
And a burner 59 for starting the burner air 89 for starting the reformer
That the shut-off valve 78 on the supply pipe to the fuel cell is no longer necessary, the supply pipe for the combustion electrode exhaust gas 13 to the boiler burner 10, the mixer 76 for mixing the city gas 4 and the partial oxidation air 81, and the partial oxidation air 81 Supply valve to the mixer 76, the shut-off valve 83 and the flow control valve 82 on the supply pipe for the partial oxidation air 81 to the mixer 76, the cooling section 85 of the reformer 8, and the reformer 8 from the boiler 6. A shut-off valve 88 and a temperature sensor on the circulating supply pipe of the reformer cooling water 86 to the cooling unit 85 of the first embodiment and the circulating supply pipe of the reformer cooling water 86 from the boiler 6 to the cooling unit 85 of the reformer 8 87 is newly provided.
【００３１】次に本実施形態例の作用について説明す
る。混合器７６で脱硫装置７で硫黄分を除去した都市ガ
ス４と部分酸化用空気８１を混合する。部分酸化用空気
８１は遮断弁８３を開けることによって、混合器７６に
供給する。都市ガス４と部分酸化用空気８１はエジェク
タ５３に供給され、さらに改質用水蒸気３１と混合され
た後に、改質装置８の改質部４８に供給される。部分酸
化用空気８１の供給量は、予め設定された流量制御弁５
２の開度（すなわち、都市ガス供給量）と流量制御弁８
２の開度（すなわち、部分酸化用空気供給量）の関係に
基づいて流量制御弁８２の開度を調節することによって
制御する。なお、燃料電池発電装置の起動時も同様であ
る。Next, the operation of this embodiment will be described. In the mixer 76, the city gas 4 from which the sulfur content has been removed by the desulfurizer 7 and the partial oxidation air 81 are mixed. The partial oxidation air 81 is supplied to the mixer 76 by opening the shut-off valve 83. The city gas 4 and the partial oxidation air 81 are supplied to the ejector 53, further mixed with the reforming steam 31, and then supplied to the reforming section 48 of the reformer 8. The supply amount of the partial oxidation air 81 depends on the flow rate control valve 5 set in advance.
2 opening degree (that is, city gas supply amount) and flow control valve 8
The control is performed by adjusting the opening degree of the flow control valve 82 based on the relationship of the opening degree (that is, the supply amount of partial oxidation air) of FIG. The same applies when the fuel cell power generator is started.
【００３２】改質装置８の改質部４８では、（７）式に
示すメタンの部分酸化反応によりメタンと酸素が反応
し、燃料電池の電池反応に必要な水素が生成する。 （メタンの部分酸化反応） ＣＨ4 ＋1/2 Ｏ2 →ＣＯ＋２Ｈ2 （７） （７）式に示したメタンの部分酸化反応は、（１）式に
示したメタンの水蒸気改質反応とは異なり発熱反応であ
るので、外部から熱を与えるための改質装置バーナは不
要である。このため、改質装置８の昇温が短時間で完了
するため、燃料電池発電装置の起動時間が短縮される。
改質装置８の改質部４８には、（７）式に示したメタン
の部分酸化反応に対して触媒活性を有する触媒（白金系
触媒、ルテニウム系触媒等の貴金属系触媒が一般的）を
充填する。メタンの部分酸化反応による発熱に伴う改質
部４８の温度上昇（触媒の劣化原因となる）を抑制する
ために、改質部４８にメタンの部分酸化反応に対して触
媒活性を有している触媒の他に、化学反応に対して触媒
活性を有していない熱伝導性に優れた熱伝導材（例えば
アルミナ）を充填してもよい。また、メタンの部分酸化
反応による発熱量（３１９ｋＪ／ｍｏｌ）は、メタンの
水蒸気改質反応による吸熱量（２０６ｋＪ／ｍｏｌ）に
比べて多いので、改質部４８にメタンの部分酸化反応に
対して触媒活性を有している触媒の他にメタンの水蒸気
改質反応に対して触媒活性を有している触媒を充填し、
改質部４８で（７）式に示したメタンの部分酸化反応と
（１）式に示したメタンの水蒸気改質反応により燃料電
池の電池反応に必要な水素を生成させてもよい。その
際、メタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、メタン
の部分酸化反応による発熱により供給するので、改質装
置８の改質部４８に外部から熱を供給するための改質装
置バーナはやはり不要である。改質装置バーナが不要で
あるので、燃料極排ガス１３は、ボイラーバーナ１０に
供給され、酸化剤極排ガス３７と燃焼させることによっ
て、ボイラー６で改質用水蒸気３１と排熱回収用水蒸気
７１を発生させる。なお、酸化剤極排ガス３７の代わり
に、空気ブロアを用いて空気をボイラーバーナ１０に供
給してもよい。In the reforming section 48 of the reformer 8, methane and oxygen react by a partial oxidation reaction of methane shown in the equation (7), and hydrogen necessary for a cell reaction of the fuel cell is generated. (Partial oxidation reaction of methane) CH 4 +1/2 O 2 → CO + 2H 2 (7) The partial oxidation reaction of methane shown in equation (7) is different from the steam reforming reaction of methane shown in equation (1). Since the reaction is exothermic, a reformer burner for applying heat from the outside is unnecessary. For this reason, since the temperature rise of the reformer 8 is completed in a short time, the startup time of the fuel cell power generator is reduced.
In the reforming section 48 of the reformer 8, a catalyst having catalytic activity for the partial oxidation reaction of methane shown in the formula (7) (a noble metal catalyst such as a platinum catalyst or a ruthenium catalyst is generally used) is used. Fill. The reforming section 48 has catalytic activity for the partial oxidation reaction of methane in order to suppress the temperature rise of the reforming section 48 due to the heat generated by the partial oxidation reaction of methane (which causes deterioration of the catalyst). In addition to the catalyst, it may be filled with a heat conductive material (for example, alumina) which does not have a catalytic activity for a chemical reaction and has excellent heat conductivity. Further, since the calorific value (319 kJ / mol) due to the partial oxidation reaction of methane is larger than the heat absorption (206 kJ / mol) due to the steam reforming reaction of methane, the reforming unit 48 has a smaller heating value than the partial oxidation reaction of methane. In addition to a catalyst having catalytic activity, a catalyst having catalytic activity for methane steam reforming is filled,
The reforming unit 48 may generate hydrogen required for the cell reaction of the fuel cell by the partial oxidation reaction of methane shown in the equation (7) and the steam reforming reaction of methane shown in the equation (1). At this time, since the reaction heat required for the steam reforming reaction of methane is supplied by the heat generated by the partial oxidation reaction of methane, a reformer burner for supplying heat to the reforming section 48 of the reformer 8 from the outside is provided. Is still unnecessary. Since the reformer burner is not required, the fuel electrode exhaust gas 13 is supplied to the boiler burner 10 and burns with the oxidant electrode exhaust gas 37, so that the boiler 6 converts the reforming steam 31 and the exhaust heat recovery steam 71 with the boiler 6. generate. Note that air may be supplied to the boiler burner 10 using an air blower instead of the oxidant electrode exhaust gas 37.
【００３３】液面センサ５１でボイラー６の水位が予め
設定された所定の水位よりも低下したことを検出した場
合には、液面センサ５１でボイラー６の水位が予め設定
された所定の水位になったことを検出するまで、遮断弁
６０を開け補給水ポンプ４３を動作させてボイラー６に
補給水４４を供給する。ボイラーバーナ排ガス５は、凝
縮器１で凝縮水５６を除去した後に排ガス２として大気
中に放出される。凝縮水５６はポンプ８４によりボイラ
ー６に戻される。燃料電池発電装置の起動時には、遮断
弁６２と遮断弁９３を開け、都市ガス４とボイラー起動
用ボイラーバーナ空気９４をボイラーバーナ１０に供給
し、ボイラー６で改質用水蒸気３１を発生させる。When the liquid level sensor 51 detects that the water level of the boiler 6 has dropped below a predetermined water level, the liquid level sensor 51 changes the water level of the boiler 6 to a predetermined water level. Until this is detected, the shutoff valve 60 is opened and the makeup water pump 43 is operated to supply the makeup water 44 to the boiler 6. The boiler burner exhaust gas 5 is discharged into the atmosphere as the exhaust gas 2 after removing the condensed water 56 in the condenser 1. The condensed water 56 is returned to the boiler 6 by the pump 84. When the fuel cell power generator is started, the shutoff valve 62 and the shutoff valve 93 are opened, the city gas 4 and the boiler starter boiler burner air 94 are supplied to the boiler burner 10, and the reformer steam 31 is generated in the boiler 6.
【００３４】前述したように、改質装置８の改質部４８
では、発熱反応である（７）式に示したメタンの部分酸
化反応が起こるので、温度上昇による改質触媒の劣化を
防ぐために、ボイラー６から改質装置８の冷却部８５に
改質装置冷却水８６を供給し、改質装置８の冷却を行
う。改質装置８の冷却部８５を出た改質装置冷却水８６
は水と水蒸気の混合物の形でボイラー６に戻され、水蒸
気は改質用水蒸気３１と排熱回収用水蒸気７１として使
われる。改質装置冷却水８６の供給量は、温度センサ８
７で改質装置冷却水８６の冷却部８５の出口温度を検出
し、予め設定された冷却部８５の出口温度と流量制御弁
８８の開度（すなわち、改質装置冷却水供給量）の関係
に基づいて、流量制御弁８８の開度を調節することによ
って制御する。As described above, the reforming section 48 of the reformer 8
Then, the partial oxidation reaction of methane shown in the equation (7), which is an exothermic reaction, occurs. Therefore, in order to prevent the reforming catalyst from deteriorating due to the temperature rise, the boiler 6 sends the reformer cooling to the cooling unit 85 of the reformer 8. Water 86 is supplied to cool the reformer 8. Reformer cooling water 86 exiting the cooling section 85 of the reformer 8
Is returned to the boiler 6 in the form of a mixture of water and steam, and the steam is used as steam 31 for reforming and steam 71 for exhaust heat recovery. The supply amount of the reformer cooling water 86 depends on the temperature sensor 8
7, the outlet temperature of the cooling unit 85 of the reformer cooling water 86 is detected, and the relationship between the preset outlet temperature of the cooling unit 85 and the opening degree of the flow control valve 88 (that is, the reformer cooling water supply amount). Is controlled by adjusting the opening of the flow control valve 88 based on
【００３５】本実施形態例では、改質装置の反応とし
て発熱反応であるメタンの部分酸化反応を利用している
ので、改質装置の昇温が短時間で完了し、燃料電池発電
装置の起動時間が短縮される、改質装置の冷却過程で
発生する水蒸気を排熱回収用水蒸気として利用すること
により排熱回収用水蒸気量が増加するので、熱利用を含
めた燃料電池発電装置の総合効率が向上するなどの効果
が得られる。In the present embodiment, since the partial oxidation reaction of methane, which is an exothermic reaction, is used as the reaction of the reformer, the temperature rise of the reformer is completed in a short time, and the fuel cell power generator is started. Since the amount of steam for exhaust heat recovery is increased by using the steam generated during the cooling process of the reformer as the steam for exhaust heat recovery, the overall efficiency of the fuel cell power generator including heat utilization is shortened. And an effect such as improvement of
【００３６】図２に本発明の第２の実施形態例を表す構
成説明図を示す。図中、図４と同一のものは同一符号で
表し、これらのものについてはその説明を省略する。図
２を用いて本発明の第２の実施形態例を説明する。本実
施形態例は、図４に示した従来例とは、改質装置８の改
質部４８に都市ガス４の主成分であるメタンの部分酸化
反応に対して触媒活性を有する触媒を単独に、あるいは
メタンの水蒸気改質反応に触媒活性を有する触媒と触媒
活性を有しない熱伝導材のうちいずれか一つまたは両方
と一緒に充填することによって、改質装置８の改質装置
バーナ９、燃料極排ガス１３の改質装置バーナ９への供
給配管、及び燃焼用空気１２の改質装置バーナ９への供
給配管、改質装置バーナ燃焼排ガス１４の凝縮器３８へ
の供給配管、凝縮器３８、酸化剤極排ガス３７の凝縮器
３８への供給配管、凝縮水４０の気水分離器２７への供
給配管、起動用バーナ５９、都市ガス４の起動用バーナ
５９への供給配管、都市ガス４の起動用バーナ５９への
供給配管上の遮断弁５７、改質装置起動用バーナ空気８
９の起動用バーナ５９への供給配管、及び改質装置起動
用バーナ空気８９の起動用バーナ５９への供給配管上の
遮断弁７８が不要になった点、ボイラー６、ボイラーバ
ーナ１０、蒸発器２９、凝縮器１、温度センサ５１、改
質装置８の冷却部８５、都市ガス４と部分酸化用空気８
１を混合する混合器７６、気水分離器２７から改質装置
８の冷却部８５への改質装置冷却水８６の循環供給配
管、気水分離器２７から改質装置８の冷却部８５への改
質装置冷却水８６の循環供給配管上の温度センサ８７と
流量制御弁８８、都市ガス４のボイラーバーナ１０への
供給配管、都市ガス４のボイラーバーナ１０への供給配
管上の遮断弁６２、排熱回収用水蒸気７１のボイラー６
から蒸発器２９への循環供給配管、ボイラーバーナ排ガ
ス５のボイラーバーナ１０から凝縮器１への供給配管、
凝縮水５６の凝縮器１からボイラー６への還流配管、凝
縮水５６の凝縮器１からボイラー６への還流配管上のポ
ンプ８４、補給水４４の補給水ポンプ４３からボイラー
６への供給配管、補給水４４の補給水ポンプ４３からボ
イラー６への供給配管上の遮断弁６０、補給水４４の補
給水ポンプ４３から気水分離器２７への供給配管上の遮
断弁９２、凝縮水５６の凝縮器１から気水分離器２７へ
の供給配管、及び凝縮水５６の凝縮器１から気水分離器
２７への供給配管上のポンプ９１、部分酸化用空気８１
の混合器７６への供給配管、部分酸化用空気８１の混合
器７６への供給配管上の遮断弁８３と流量制御弁８２、
及び酸化剤極排ガス３７のボイラーバーナ１０への供給
配管を新たに設けた点が異なる。FIG. 2 is a structural explanatory view showing a second embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the conventional example shown in FIG. 4 in that the reforming unit 48 of the reformer 8 uses a catalyst having catalytic activity for the partial oxidation reaction of methane, which is a main component of the city gas 4, alone. , Or by filling together with one or both of a catalyst having a catalytic activity in the methane steam reforming reaction and a heat conductive material having no catalytic activity, the reformer burner 9 of the reformer 8, A supply pipe for the fuel electrode exhaust gas 13 to the reformer burner 9, a supply pipe for the combustion air 12 to the reformer burner 9, a supply pipe for the reformer burner flue gas 14 to the condenser 38, and the condenser 38 Supply pipe for the oxidizer electrode exhaust gas 37 to the condenser 38, supply pipe for the condensed water 40 to the steam separator 27, starter burner 59, supply pipe for the city gas 4 to the starter burner 59, city gas 4 On the supply pipe to the starter burner 59 Danben 57, reformer start-up burner air 8
The point that the shut-off valve 78 on the supply pipe to the start burner 59 and the supply pipe to the burner 59 for starting the reformer air 89 for the reformer is no longer necessary, the boiler 6, the boiler burner 10, and the evaporator 29, condenser 1, temperature sensor 51, cooling section 85 of reformer 8, city gas 4 and partial oxidation air 8
1, a circulating supply pipe for the reformer cooling water 86 from the steam-water separator 27 to the cooling unit 85 of the reformer 8, and from the steam-water separator 27 to the cooling unit 85 of the reformer 8. Temperature sensor 87 and flow rate control valve 88 on the circulating supply pipe for reformer cooling water 86, supply pipe for city gas 4 to boiler burner 10, shut-off valve 62 for supply pipe for city gas 4 to boiler burner 10 Boiler 6 for steam 71 for exhaust heat recovery
From the boiler burner 10 to the condenser 1, and from the boiler burner 10 to the condenser 1.
A return pipe for the condensed water 56 from the condenser 1 to the boiler 6, a pump 84 on a return pipe for the condensed water 56 from the condenser 1 to the boiler 6, a supply pipe for the supply water 44 from the supply water pump 43 to the boiler 6, Shut-off valve 60 on the supply pipe of makeup water 44 from makeup water pump 43 to boiler 6; shut-off valve 92 on the delivery pipe of makeup water 44 from makeup water pump 43 to steam separator 27; condensation of condensed water 56 Pump 91 on the supply pipe from the condenser 1 to the steam separator 27, and the supply pipe of the condensed water 56 from the condenser 1 to the steam separator 27, the partial oxidation air 81
A shutoff valve 83 and a flow control valve 82 on a supply pipe to the mixer 76, a supply pipe for the partial oxidation air 81 to the mixer 76,
The difference is that a supply pipe for supplying the oxidant electrode exhaust gas 37 to the boiler burner 10 is newly provided.
【００３７】次に本実施形態例の作用について説明す
る。混合器７６で脱硫装置７で硫黄分を除去した都市ガ
ス４と部分酸化用空気８１を混合する。部分酸化用空気
８１は遮断弁８３を開けることによって、混合器７６に
供給する。都市ガス４と部分酸化用空気８１はエジェク
タ５３に供給され、さらに改質用水蒸気３１と混合され
た後に、改質装置８の改質部４８に供給される。部分酸
化用空気８１の供給量は、予め設定された流量制御弁５
２の開度（すなわち、都市ガス供給量）と流量制御弁８
２の開度（すなわち、部分酸化用空気供給量）の関係に
基づいて流量制御弁８２の開度を調節することによって
制御する。なお、燃料電池発電装置の起動時も同様であ
る。改質装置８の改質部４８では、（７）式に示したメ
タンの部分酸化反応によりメタンと酸素が反応し、燃料
電池の電池反応に必要な水素が生成する。（７）式に示
したメタンの部分酸化反応は、（１）式に示したメタン
の水蒸気改質反応とは異なり発熱反応であるので、外部
から熱を与えるための改質装置バーナは不要である。こ
のため、改質装置８の昇温が短時間で完了するため、燃
料電池発電装置の起動時間が短縮される。改質装置８の
改質部４８には、（７）式に示したメタンの部分酸化反
応に対して触媒活性を有する触媒（白金系触媒、ルテニ
ウム系触媒等の貴金属系触媒が一般的）を充填する。メ
タンの部分酸化反応による発熱に伴う改質部４８の温度
上昇（触媒の劣化原因となる）を抑制するために、改質
部４８にメタンの部分酸化反応に対して触媒活性を有し
ている触媒の他に、化学反応に対して触媒活性を有して
いない熱伝導性に優れた熱伝導材（例えばアルミナ）を
充填してもよい。また、メタンの部分酸化反応による発
熱量（３１９ｋＪ／ｍｏｌ）は、メタンの水蒸気改質反
応による吸熱量（２０６ｋＪ／ｍｏｌ）に比べて多いの
で、改質部４８にメタンの部分酸化反応に対して触媒活
性を有している触媒の他にメタンの水蒸気改質反応に対
して触媒活性を有している触媒を充填し、改質部４８で
（７）式に示したメタンの部分酸化反応と（１）式に示
したメタンの水蒸気改質反応により燃料電池の電池反応
に必要な水素を生成させてもよい。その際、メタンの水
蒸気改質反応に必要な反応熱は、メタンの部分酸化反応
による発熱により供給するので、改質装置８の改質部４
８に外部から熱を供給するための改質装置バーナはやは
り不要である。改質装置バーナが不要であるので、燃料
極排ガス１３は、ボイラーバーナ１０に供給され、ボイ
ラーバーナ１０に供給された酸化剤極排ガス３７と燃焼
させることによって、ボイラー６で排熱回収用水蒸気７
１を発生させる。なお、酸化剤極排ガス３７の代わり
に、空気ブロアを用いて空気をボイラーバーナ１０に供
給してもよい。排熱回収用水蒸気７１は、蒸発器２９に
供給され、排熱利用システム３５の冷媒３６の気化に利
用される。排熱回収用水蒸気７１は、蒸発器２９で凝縮
水７２となり、ボイラー６に戻される。Next, the operation of this embodiment will be described. In the mixer 76, the city gas 4 from which the sulfur content has been removed by the desulfurizer 7 and the partial oxidation air 81 are mixed. The partial oxidation air 81 is supplied to the mixer 76 by opening the shut-off valve 83. The city gas 4 and the partial oxidation air 81 are supplied to the ejector 53, further mixed with the reforming steam 31, and then supplied to the reforming section 48 of the reformer 8. The supply amount of the partial oxidation air 81 depends on the flow rate control valve 5 set in advance.
2 opening degree (that is, city gas supply amount) and flow control valve 8
The control is performed by adjusting the opening degree of the flow control valve 82 based on the relationship of the opening degree (that is, the supply amount of partial oxidation air) of FIG. The same applies when the fuel cell power generator is started. In the reforming section 48 of the reforming apparatus 8, methane and oxygen react by the partial oxidation reaction of methane shown in the equation (7), and hydrogen required for a fuel cell reaction is generated. Since the partial oxidation reaction of methane shown in the formula (7) is an exothermic reaction unlike the steam reforming reaction of methane shown in the formula (1), a reformer burner for applying heat from the outside is unnecessary. is there. For this reason, since the temperature rise of the reformer 8 is completed in a short time, the startup time of the fuel cell power generator is reduced. In the reforming section 48 of the reformer 8, a catalyst having catalytic activity for the partial oxidation reaction of methane shown in the formula (7) (a noble metal catalyst such as a platinum catalyst or a ruthenium catalyst is generally used) is used. Fill. The reforming section 48 has catalytic activity for the partial oxidation reaction of methane in order to suppress the temperature rise of the reforming section 48 due to the heat generated by the partial oxidation reaction of methane (which causes deterioration of the catalyst). In addition to the catalyst, it may be filled with a heat conductive material (for example, alumina) which does not have a catalytic activity for a chemical reaction and has excellent heat conductivity. Further, since the calorific value (319 kJ / mol) due to the partial oxidation reaction of methane is larger than the heat absorption (206 kJ / mol) due to the steam reforming reaction of methane, the reforming unit 48 has a smaller heating value than the partial oxidation reaction of methane. In addition to the catalyst having catalytic activity, a catalyst having catalytic activity for the steam reforming reaction of methane is filled, and the reforming section 48 performs the partial oxidation reaction of methane represented by the formula (7). The hydrogen required for the cell reaction of the fuel cell may be generated by the steam reforming reaction of methane shown in the equation (1). At that time, the heat of reaction required for the steam reforming reaction of methane is supplied by the heat generated by the partial oxidation reaction of methane.
A reformer burner for externally supplying heat to 8 is again unnecessary. Since the reformer burner is unnecessary, the fuel electrode exhaust gas 13 is supplied to the boiler burner 10 and burns with the oxidant electrode exhaust gas 37 supplied to the boiler burner 10, so that the boiler 6 discharges the exhaust heat recovery steam 7.
1 is generated. Note that air may be supplied to the boiler burner 10 using an air blower instead of the oxidant electrode exhaust gas 37. The exhaust heat recovery steam 71 is supplied to the evaporator 29 and is used for vaporizing the refrigerant 36 of the exhaust heat utilization system 35. The exhaust heat recovery steam 71 becomes condensed water 72 in the evaporator 29 and is returned to the boiler 6.
【００３８】前述したように、改質装置８の改質部４８
では、発熱反応である（７）式に示したメタンの部分酸
化反応が起こるので、温度上昇による改質触媒の劣化を
防ぐために、気水分離器２７から改質装置８の冷却部８
５に改質装置冷却水８６を供給し、改質装置８の冷却を
行う。改質装置８の冷却部８５を出た改質装置冷却水８
６は水と水蒸気の混合物の形で気水分離器２７に戻さ
れ、改質用水蒸気３１あるいは排熱回収用水蒸気３４と
して使われる。改質装置冷却水８６の供給量は、温度セ
ンサ８７で改質装置冷却水８６の冷却部８５の出口温度
を検出し、予め設定された冷却部８５の出口温度と流量
制御弁８８の開度（すなわち、改質装置冷却水供給量）
の関係に基づいて、流量制御弁８８の開度を調節するこ
とによって制御する。なお、本実施形態例では、改質装
置冷却水８６を改質装置８の冷却部８５に気水分離器２
７から供給しているが、気水分離器２７の代わりにボイ
ラー６から改質装置８の冷却部８５に改質装置冷却水８
６を供給してもよい。その場合、ボイラー６に戻された
水蒸気は、排熱回収用水蒸気７１として利用することが
できる。液面センサ５５で気水分離器２７の水位が予め
設定された所定の水位よりも低下したことを検出した場
合には、液面センサ５５で気水分離器２７の水位が予め
設定された所定の水位になったことを検出するまで、遮
断弁９２を開け補給水ポンプ４３を動作させて、気水分
離器２７に補給水４４を供給する。As described above, the reforming section 48 of the reformer 8
In this case, the partial oxidation reaction of methane shown in the equation (7), which is an exothermic reaction, occurs. Therefore, in order to prevent the deterioration of the reforming catalyst due to the temperature rise, the steam-water separator 27 sends the cooling unit 8
5 is supplied with the reformer cooling water 86 to cool the reformer 8. The reformer cooling water 8 that has exited the cooling unit 85 of the reformer 8
6 is returned to the steam separator 27 in the form of a mixture of water and steam, and is used as steam 31 for reforming or steam 34 for exhaust heat recovery. The supply amount of the reformer cooling water 86 is determined by detecting the outlet temperature of the cooling unit 85 of the reformer cooling water 86 by the temperature sensor 87, and setting the outlet temperature of the cooling unit 85 and the opening degree of the flow control valve 88 in advance. (That is, the reformer cooling water supply amount)
Is controlled by adjusting the opening of the flow control valve 88 based on the relationship In this embodiment, the reformer cooling water 86 is supplied to the cooling section 85 of the reformer 8 by the steam-water separator 2.
, But is supplied from the boiler 6 to the cooling unit 85 of the reformer 8 instead of the steam separator 27.
6 may be supplied. In that case, the steam returned to the boiler 6 can be used as steam 71 for exhaust heat recovery. When the liquid level sensor 55 detects that the water level of the water / water separator 27 has dropped below a predetermined water level, the liquid level sensor 55 sets the water level of the water / water separator 27 to a predetermined water level. Until the water level is detected, the shutoff valve 92 is opened and the makeup water pump 43 is operated to supply the makeup water 44 to the steam separator 27.
【００３９】本実施形態例でも、第１の実施形態例と同
様に、改質装置の反応として発熱反応であるメタンの
部分酸化反応を利用しているので、改質装置の昇温が短
時間で完了し、燃料電池発電装置の起動時間が短縮され
る、改質装置の冷却過程で発生する水蒸気を排熱回収
用水蒸気として利用することにより排熱回収用水蒸気量
が増加するので、熱利用を含めた燃料電池発電装置の総
合効率が向上するなどの効果が得られる。In this embodiment, as in the case of the first embodiment, a partial oxidation reaction of methane, which is an exothermic reaction, is used as a reaction of the reformer. As the amount of steam for exhaust heat recovery increases by using the steam generated in the cooling process of the reformer as the steam for exhaust heat recovery, the amount of steam for exhaust heat recovery increases. The effect of improving the overall efficiency of the fuel cell power generator including the above is obtained.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、発熱
反応である燃料の部分酸化反応を利用して改質装置の昇
温と水素生成を行うので、改質装置バーナで燃料極排ガ
スを燃焼させることによって得られる燃焼ガスを利用し
た改質装置への熱供給の必要がなくなり、また、改質装
置の冷却過程で排熱回収用水蒸気を発生させることが可
能であるから、短時間起動ができる、排熱回収量の増加
が期待でき熱利用を含めた総合効率が向上するという効
果がある。As described above, according to the present invention, the temperature rise of the reformer and the generation of hydrogen are performed by utilizing the partial oxidation reaction of the fuel which is an exothermic reaction. It is not necessary to supply heat to the reformer using the combustion gas obtained by burning the gas, and it is possible to generate steam for exhaust heat recovery in the cooling process of the reformer. There is an effect that the start-up can be performed, an increase in the amount of exhaust heat recovery can be expected, and the overall efficiency including heat utilization is improved.
【図１】本発明の第１の実施形態例を示す構成説明図で
ある。FIG. 1 is a configuration explanatory view showing a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施形態例を示す構成説明図で
ある。FIG. 2 is a configuration explanatory view showing a second embodiment of the present invention.
【図３】従来の燃料電池発電装置の一例を示す構成説明
図である。FIG. 3 is a configuration explanatory view showing an example of a conventional fuel cell power generator.
【図４】従来の燃料電池発電装置の他の例を示す構成説
明図である。FIG. 4 is a structural explanatory view showing another example of a conventional fuel cell power generator.
１ 凝縮器 ２ 排ガス ３ 遮断弁 ４ 都市ガス ５ ボイラーバーナ排ガス ６ ボイラー ７ 脱硫装置 ８ 改質装置 ９ 改質装置バーナ １０ ボイラーバーナ １１ シフトコンバータ １２ 燃焼用空気 １３ 燃料極排ガス １４ 改質装置バーナ燃焼排ガス １５ 空気ブロア １６ 発電用空気 １７ 外気 １８ 燃料極 １９ 電解質 ２０ 酸化剤極 ２１ 燃料電池セルスタック ２２ 電圧センサ ２３ 電流センサ ２４ 変換装置 ２５ 負荷 ２６ 電池冷却水 ２７ 気水分離器 ２８ 気水分離器ヒータ ２９ 蒸発器 ３０ 流量制御弁 ３１ 改質用水蒸気 ３２ 選択酸化器 ３３ 蒸発器 ３４ 排熱回収用水蒸気 ３５ 排熱利用システム ３６ 冷媒 ３７ 酸化剤極排ガス ３８ 凝縮器 ３９ 排ガス ４０ 凝縮水 ４１ 温度センサ ４２ 温度センサ ４３ 補給水ポンプ ４４ 補給水 ４５ 流量制御弁 ４６ 流量制御弁 ４７ 電池冷却水タンク ４８ 改質部 ４９ 圧力センサ ５０ 燃料電池出力 ５１ 液面センサ ５２ 流量制御弁 ５３ エジェクタ ５４ 流量制御弁 ５５ 液面センサ ５６ 凝縮水 ５７ 遮断弁 ５８ 凝縮水 ５９ 起動用バーナ ６０ 遮断弁 ６１ 排熱回収用温水 ６２ 遮断弁 ６３ 流量制御弁 ６４ 温度センサ ６５ 凝縮水 ６６ 凝縮器 ６７ 一酸化炭素選択酸化用空気 ６８ 電池冷却水タンクヒータ ６９ 加湿冷却器 ７０ 冷却器 ７１ 排熱回収用水蒸気 ７２ 凝縮水 ７３ 排熱回収用温水循環ポンプ ７４ ポンプ ７５ 電池冷却水循環ポンプ ７６ 混合器 ７７ 遮断弁 ７８ 遮断弁 ７９ 流量制御弁 ８０ 遮断弁 ８１ 部分酸化用空気 ８２ 流量制御弁 ８３ 遮断弁 ８４ ポンプ ８５ 冷却部 ８６ 改質装置冷却水 ８７ 温度センサ ８８ 流量制御弁 ８９ 改質装置起動用バーナ空気 ９０ 遮断弁 ９１ ポンプ ９２ 遮断弁 ９３ 遮断弁 ９４ ボイラー起動用ボイラーバーナ空気 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Condenser 2 Exhaust gas 3 Shutoff valve 4 City gas 5 Boiler burner exhaust gas 6 Boiler 7 Desulfurizer 8 Reformer 9 Reformer burner 10 Boiler burner 11 Shift converter 12 Combustion air 13 Fuel electrode exhaust gas 14 Reformer burner combustion exhaust gas Reference Signs List 15 air blower 16 power generation air 17 outside air 18 fuel electrode 19 electrolyte 20 oxidizer electrode 21 fuel cell stack 22 voltage sensor 23 current sensor 24 conversion device 25 load 26 battery cooling water 27 gas-water separator 28 gas-water separator heater 29 Evaporator 30 Flow control valve 31 Reforming steam 32 Selective oxidizer 33 Evaporator 34 Exhaust heat recovery steam 35 Exhaust heat utilization system 36 Refrigerant 37 Oxidant electrode exhaust gas 38 Condenser 39 Exhaust gas 40 Condensed water 41 Temperature sensor 42 Temperature sensor 43 makeup water pump 44 makeup water 45 flow Control valve 46 Flow control valve 47 Battery cooling water tank 48 Reforming unit 49 Pressure sensor 50 Fuel cell output 51 Liquid level sensor 52 Flow control valve 53 Ejector 54 Flow control valve 55 Liquid level sensor 56 Condensed water 57 Shut off valve 58 Condensed water 59 Start-up burner 60 Shut-off valve 61 Hot water for exhaust heat recovery 62 Shut-off valve 63 Flow control valve 64 Temperature sensor 65 Condensed water 66 Condenser 67 Carbon monoxide selective oxidation air 68 Battery cooling water tank heater 69 Humidifying cooler 70 Cooler 71 Exhaust heat recovery steam 72 Condensed water 73 Exhaust heat recovery hot water circulation pump 74 Pump 75 Battery cooling water circulation pump 76 Mixer 77 Shut off valve 78 Shut off valve 79 Flow control valve 80 Shut off valve 81 Partial oxidation air 82 Flow control valve 83 Shut off Valve 84 Pump 85 Cooling unit 86 Reformer cooling water 87 Temperature sensor 88 Flow rate Valve 89 reformer startup burner air 90 shut-off valve 91 the pump 92 shut-off valve 93 shut-off valve 94 boiler startup boiler burner air
Claims (10)
解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセル
を積層したセルスタック、燃料供給装置、空気供給装
置、及び水回収装置を有する燃料電池発電装置におい
て、 前記改質装置に前記燃料の部分酸化反応に対して触媒活
性を有する触媒を充填することを特徴とする燃料電池発
電装置。1. A fuel having a reformer for producing hydrogen from fuel, a cell stack in which cells comprising an electrolyte sandwiched fuel electrode and an oxidizer electrode are stacked, a fuel supply device, an air supply device, and a water recovery device. A fuel cell power generator, wherein the reformer is filled with a catalyst having catalytic activity for the partial oxidation reaction of the fuel.
て、 改質装置に触媒活性を有しない安定な熱伝導材を充填す
ることを特徴とする燃料電池発電装置。2. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the reformer is filled with a stable heat conductive material having no catalytic activity.
において、 改質装置に燃料の水蒸気改質反応に対して触媒活性を有
する触媒を充填することを特徴とする燃料電池発電装
置。3. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the reformer is filled with a catalyst having catalytic activity for a steam reforming reaction of fuel.
装置において、 改質装置に冷却部を有することを特徴とする燃料電池発
電装置。4. The fuel cell power generator according to claim 1, 2 or 3, wherein the reformer has a cooling unit.
て、 改質装置の冷却部にボイラーから改質装置冷却水を供給
循環させる改質装置冷却水配管を有することを特徴とす
る燃料電池発電装置。5. The fuel cell power generator according to claim 4, further comprising a reformer cooling water pipe for supplying and circulating the reformer cooling water from a boiler in a cooling section of the reformer. apparatus.
て、 気水分離器と、改質装置の冷却部に前記気水分離器から
改質装置冷却水を供給循環させる改質装置冷却水配管を
有することを特徴とする燃料電池発電装置。6. The reformer cooling water pipe according to claim 4, wherein the reformer cooling water pipe supplies and circulates the reformer cooling water from the steam separator to the cooling section of the reformer. A fuel cell power generator comprising:
燃料電池発電装置において、 セルスタックからの燃料極排ガスをボイラーバーナで燃
焼させて水蒸気を発生させるためのボイラーと、 水回収装置の凝縮器から前記ボイラーに凝縮水を供給す
るための凝縮水供給配管と、 前記ボイラーで発生させた前記水蒸気を改質装置に供給
するための改質用水蒸気供給配管と、 前記燃料極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するため
の燃料極排ガス供給配管と、 空気を空気供給設備から前記ボイラーバーナに供給する
ための空気供給配管と、 空気を前記空気供給設備から前記改質装置に供給するた
めの空気供給配管とを具備することを特徴とする燃料電
池発電装置。7. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the boiler burns fuel electrode exhaust gas from the cell stack with a boiler burner to generate steam, and water. A condensed water supply pipe for supplying condensed water from the condenser of the recovery device to the boiler; a reforming steam supply pipe for supplying the steam generated by the boiler to a reformer; and the fuel electrode Fuel electrode exhaust gas supply pipe for supplying exhaust gas to the boiler burner; air supply pipe for supplying air from the air supply facility to the boiler burner; and supplying air from the air supply facility to the reformer. And an air supply pipe for the fuel cell.
燃料電池発電装置において、 排熱回収装置と、 セルスタックからの燃料極排ガスをボイラーバーナで燃
焼させて水蒸気を発生させるためのボイラーと、 水回収装置の凝縮器から凝縮水を前記ボイラーに供給す
るための凝縮水供給配管と、 前記ボイラーで発生させた前記水蒸気を改質装置に供給
するための改質用水蒸気供給配管と、 前記ボイラーで発生させた前記水蒸気を前記排熱回収装
置に供給するための排熱回収用水蒸気供給配管と、 前記燃料極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するため
の燃料極排ガス供給配管と、 空気を空気供給設備から前記ボイラーバーナに供給する
ための空気供給配管と、 空気を前記空気供給設備から前記改質装置に供給するた
めの空気供給配管とを具備することを特徴とする燃料電
池発電装置。8. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the exhaust heat recovery device and fuel electrode exhaust gas from the cell stack are burned by a boiler burner to generate steam. Boiler, a condensed water supply pipe for supplying condensed water from a condenser of a water recovery device to the boiler, and a reforming steam supply for supplying the steam generated by the boiler to a reforming device A pipe, a steam supply pipe for exhaust heat recovery for supplying the steam generated by the boiler to the exhaust heat recovery apparatus, and an anode exhaust gas supply pipe for supplying the anode exhaust gas to the boiler burner. An air supply pipe for supplying air from the air supply facility to the boiler burner; and an air supply pipe for supplying air from the air supply facility to the reformer. Fuel cell power plant characterized by.
燃料電池発電装置において、 セルスタックからの燃料極排ガスをボイラーバーナで燃
焼させて水蒸気を発生させるボイラーと、 前記ボイラーで発生させた前記水蒸気を改質装置に供給
するための改質用水蒸気供給配管と、 前記燃料極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するため
の燃料極排ガス供給配管と、 酸化剤極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するための
酸化剤極排ガス供給配管と、 空気を空気供給設備から前記改質装置に供給するための
空気供給配管とを具備することを特徴とする燃料電池発
電装置。9. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the boiler burns fuel electrode exhaust gas from the cell stack with a boiler burner to generate water vapor. A reforming steam supply pipe for supplying the generated steam to the reformer, a fuel electrode exhaust gas supply pipe for supplying the fuel electrode exhaust gas to the boiler burner, and an oxidant electrode exhaust gas for the boiler burner A fuel cell power generator, comprising: an oxidant electrode exhaust gas supply pipe for supplying air to a reformer; and an air supply pipe for supplying air from an air supply facility to the reformer.
の燃料電池発電装置において、 排熱回収装置と、 セルスタックからの燃料極排ガスをボイラーバーナで燃
焼させて水蒸気を発生させるボイラーと、 水回収装置の凝縮器から前記ボイラーに凝縮水を供給す
るための凝縮水供給配管と、 前記ボイラーで発生させた前記水蒸気を改質装置に供給
するための改質用水蒸気供給配管と、 前記ボイラーで発生させた前記水蒸気を前記排熱回収装
置に供給するための排熱回収用水蒸気供給配管と、 前記燃料極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するため
の燃料極排ガス供給配管と、 酸化剤極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するための
酸化剤極排ガス供給配管と、 空気を空気供給設備から前記改質装置に供給するための
空気供給配管とを具備することを特徴とする燃料電池発
電装置。10. The fuel cell power generator according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6, wherein the exhaust heat recovery device and fuel electrode exhaust gas from the cell stack are burned by a boiler burner to generate steam. A boiler, a condensed water supply pipe for supplying condensed water from a condenser of a water recovery apparatus to the boiler, and a reforming steam supply pipe for supplying the steam generated by the boiler to a reforming apparatus. An exhaust heat recovery steam supply pipe for supplying the steam generated by the boiler to the exhaust heat recovery apparatus; a fuel electrode exhaust gas supply pipe for supplying the fuel electrode exhaust gas to the boiler burner; An oxidant electrode exhaust gas supply pipe for supplying an electrode exhaust gas to the boiler burner; and an air supply pipe for supplying air from the air supply equipment to the reformer. Fuel cell power generation apparatus characterized by.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9114773A JPH10308230A (en) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | Power generating device for fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP9114773A JPH10308230A (en) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | Power generating device for fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10308230A true JPH10308230A (en) | 1998-11-17 |
Family
ID=14646337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9114773A Pending JPH10308230A (en) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | Power generating device for fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10308230A (en) |
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- 1997-05-02 JP JP9114773A patent/JPH10308230A/en active Pending
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