JPH10338501A - 燃料電池発電システム - Google Patents

燃料電池発電システム

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JPH10338501A
JPH10338501A JP9144936A JP14493697A JPH10338501A JP H10338501 A JPH10338501 A JP H10338501A JP 9144936 A JP9144936 A JP 9144936A JP 14493697 A JP14493697 A JP 14493697A JP H10338501 A JPH10338501 A JP H10338501A
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air
power generation
generation system
exhaust gas
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Nobuki Matsui
伸樹 松井
Yasunari Okamoto
康令 岡本
Masanori Kawazoe
政宣 川添
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Daikin Industries Ltd
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    • 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池のアノードからの排ガスを改質器内
において低カロリーで燃焼させて改質触媒層の寿命を向
上させる。 【解決手段】 改質器(126) 内には、カソード排ガスが
入るカソード排ガス室(115) と、アノード排ガスが燃焼
する燃焼触媒層(116) と、アノード排ガスを燃焼させる
ための燃焼室(112) と、都市ガスとスチームとを反応さ
せて改質ガスを生成するための改質触媒層(113) とが設
けられている。アノード排ガスは微量の空気と混合され
て燃焼触媒層(116) で燃焼して高温になってから燃焼室
(112) に供給される。カソード排ガスはカソード排ガス
室(115) から小孔を介して燃焼室(112) に供給される。
予備的に加熱されて高温になったアノード排ガスをカソ
ード排ガスと共に燃焼させることにより、カロリーの高
い都市ガス等を燃焼させる必要がなくなり、改質触媒層
(113) は温度低下により寿命が長くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、改質器おける改質
反応の熱源としてアノード排ガスとカソード排ガスを利
用するようにした燃料電池発電システムの改良に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、水やアルコール類などの燃料
がもっている化学エネルギーを燃やして熱に変換するこ
となしに、電池内で、燃料，酸化剤（空気，酸素など）
をそれぞれカソード，アノードにおける電子をやりとり
する電極反応を行わせ、全体として燃料の燃焼反応と同
じ形の反応を行わせるようにした燃料電池は、高い熱交
換効率を発揮することができるので、病院，学校，ビル
等の施設の電力源として応用されつつある。
【０００３】図３は、従来の固体高分子型燃料電池発電
システム(100X)の構成を概略的に示す配管系統図であ
る。同図において、(101) は電池本体を示し、該電池本
体(101) の内部には、カソード(102) と、アノード(10
3) とが設けられている。また、((120) は取り入れた外
気を圧縮して燃料電池(101) 等に送り込むための空気圧
縮機、(121) は都市ガス中の硫黄成分を取り除くための
脱硫器、(122) は脱硫された都市ガスを圧縮して高圧に
するためのガス圧縮機、(124) はポンプ(123) 等を介し
て送られる水を貯留するタンク、(126) はガス圧縮機(1
22) から送られる都市ガスと、ポンプ(125) を介してタ
ンク(124) から送られる水とを反応させて改質ガスを生
成するための改質器、(127a,127b) は改質器(126) で発
生した改質ガスを変成するための高温変成器及び低温変
成器、(128) は変成器(127b)から出る改質ガス中のＣＯ
ガスをさらに酸化させた後、電池本体(101) に送るため
の部分酸化反応器をそれぞれ示す。また、(131) は電池
冷却水を放熱させるための放熱器、(132) は上記改質器
(126) で生じる水蒸気を凝縮するための凝縮器、(136)
はカソード(102) で生じる水蒸気を凝縮するための凝縮
器、(137) はアノード(103) で生じる水蒸気を凝縮する
ための凝縮器をそれぞれ示す。そして、各凝縮器(131,1
36,137) で生成された水は上記タンク(124) に戻される
一方、気体は外部に排出されるように構成されている。
【０００４】また、燃料電池発電システム(100X)内には
改質器(126) に水を供給するための水供給系(140) が設
けられている。この水供給系(140) の水流通路(141) に
は、ポンプ(125) と水処理装置(142) とが介設されてい
る。
【０００５】さらに、改質器(126) の出口に設けられた
第１熱交換器(151) と、高温変成器(127a)の出口に設け
られた第２熱交換器(152) と、低温変成器(127b)の出口
に設けられた第３熱交換器(153) と、部分酸化反応器(1
28) の出口に設けられた第４熱交換器(154) とが配設さ
れていて、各熱交換器(151,152,153,154) には、改質ガ
スが流れる通路に介設されたガス側熱交換コイルと、上
記水側流通路(141) に介設された水側熱交換コイルとが
収納されている。すなわち、この水側熱交換コイルとガ
ス側熱交換コイルとによって、改質ガスと水流通路(14
1) の水との熱交換を行って改質ガスの冷却と排熱の回
収とを行うように構成されている。なお、(155) は電池
本体(101) のアノード(103) 、カソード(102) から排出
されて改質器(126) に送られるアノード排ガス及びカソ
ード排ガスと改質器(126) から排出される燃焼排ガスと
の熱交換を行うための第５熱交換器を示す。
【０００６】さらに、(134) は脱硫器(121) を経た都市
ガスと水流通路(141) の水とを混合させるための混合
器、(135) は圧縮機(120) から送られる外気と低温変成
器(127b)から出るガスとを混合させるための混合器をそ
れぞれ示す。また、改質器(126) 内には、アノード排ガ
スとカソード排ガスとを受け入れるための排ガス室(11
1) と、アノード排ガスとカソード排ガスとを燃焼させ
るための燃焼室(112) と、混合器(134) から送られる都
市ガス及びスチームとの混合ガスを反応させて改質ガス
を生成するための改質触媒層(113) とが設けられてい
る。上記排ガス室(111) 、燃焼室(112) 及び改質触媒層
(113) により、改質器用燃焼器(110X)が構成されてい
る。
【０００７】次に、上記燃料電池発電システム(100X)に
おける動作を説明する。
【０００８】まず、水供給系(140) において、タンク(1
24) から排出される水が、水処理装置(142) 、第４熱交
換器(154) 、第３熱交換器(153) 、第２熱交換器(152)
、第１熱交換器(151) を順に経て加熱されスチームと
なって、混合器(134) に送られる。混合器(134) では、
ガス圧縮機(122) から送られる脱硫された都市ガスと、
水供給系(140) から送られるスチームとが混合され、改
質器(126) 内の改質器用燃焼器(110X)に入る。一方、電
池本体(101) のアノード(103) からは水素ガスを含むア
ノードガスが送られ、カソード(102) からは水蒸気及び
空気を含むカソード排ガスが送られ、両者が改質器用燃
焼器(110X)において、燃焼室(112) で燃焼され、改質触
媒層(113) 内で触媒の存在の下で都市ガス及びスチーム
が加熱されて、主としてＣＯ2 ガスと水素ガスとを含む
改質ガスが生成される。
【０００９】その後、この改質ガスが、高温変成器(127
a)、低温変成器(127b)及び部分酸化反応器(128) を経る
につれて、ＣＯガス成分を減じられた後、電池本体(10
1) に送られる。ただし、部分酸化反応器(128) におい
て、低温変成器(127b)から出る改質ガスに空気圧縮機(1
20) から送られる空気を混合させてＣＯガスをさらに酸
化させている。そして、電池本体(101) で、部分酸化反
応器(128) から送られる水素と、空気圧縮機(120) から
送られる空気中の酸素とを結合させて、そのときに生じ
るイオンをカソード(102) ，アノード(103) の電荷に変
えることで、電力が得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の燃料電池発電システムでは、電池本体(101) の余剰
燃料である水素ガスを含むアノード排ガスを、空気及び
水蒸気を含むカソード排ガスと混合させて改質器(126)
の燃焼室(112) で燃焼させて、改質触媒層(113)の熱源
として使用しているが、この余剰燃料はカロリーが低い
ためにカロリーを別途補充する手段が必要となる。そこ
で、従来の燃料電池発電システムでは、カロリーの高い
都市ガスをも燃焼させており、そのために、燃料電池発
電システム全体の発電効率が悪化していた。また、従来
のバーナーのみを用いた燃焼器では、火炎が改質器の壁
に接触することによる管壁の劣化及び過剰加熱により、
改質触媒層(113) の温度が上昇し、この温度上昇によっ
て改質触媒層(113) の劣化が促進されるという問題があ
った。
【００１１】本発明の目的は、アノード排ガスにカロリ
ーを補充することなく低カロリーで燃焼させうる手段を
講ずることにより、燃料電池発電システムの発電効率の
向上と改質触媒層の寿命の向上を図ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が講じた手段は、アノード排ガスを触媒の下で
予備的に燃焼させてから燃焼室内でカソードガスととも
に燃焼させるように燃料電池発電システムを構成するこ
とにある。具体的には、請求項１〜９に記載されている
燃料電池発電システムに関する手段を講じている。
【００１３】本発明の燃料電池発電システムは、請求項
１に記載されているように、アノード(103) ，カソード
(102) を有する電池本体(101) に改質器(126) から少な
くとも水素を含む改質ガスと少なくとも酸素を含む他の
ガスとを供給し、上記改質ガス及び他のガスをアノード
(103) ，カソード(102) で電極反応させるように構成さ
れた燃料電池発電システムを前提とする。そして、上記
改質器(126) 内に配置され、原料から上記改質ガスを生
成するための改質触媒層(113) と、上記改質器(126) 内
に配置され、上記改質触媒層(113) を加熱するための燃
焼室(112) と、上記燃焼室(112) に空気を供給するため
の空気供給部(115) と、上記アノード(103) から排出さ
れるアノード排ガスを燃焼させた後上記燃焼室(112) に
供給するための燃焼触媒層(116) とを備えている。
【００１４】請求項１及び下記の各請求項の発明特定事
項は、図１及び図２に記載されている。請求項１によ
り、改質器(126) 内の燃焼室(112) でアノード排ガスが
燃焼する前に燃焼触媒層(116) でアノード排ガスが触媒
の存在の下に燃焼して、高温状態になってから燃焼室(1
12) に供給される。したがって、燃焼室(112) ではカロ
リーの低いガスのみでスムーズに燃焼が行われ、カロリ
ーの高いガスを燃焼させる必要がなくなる。したがっ
て、改質触媒層(113) 内の温度が低下して、改質触媒層
(113) の寿命が改善されることになる。
【００１５】請求項２に記載されているように、請求項
１に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記アノー
ド排ガスが上記燃焼触媒層(116) で空気と共に燃焼する
ように上記アノード排ガスに微量の空気を添加する微量
空気添加手段をさらに備えることができる。
【００１６】請求項２により、アノード排ガスに空気が
微量添加されて燃焼触媒層(116) での予備的な燃焼が容
易に行われる。そして、アノード排ガスとカソード排ガ
スとが燃焼室で燃焼するので、さらに低カロリー状態で
の燃焼が可能となる。したがって、改質触媒層(113) の
寿命がさらに長くなる。
【００１７】請求項３に記載されているように、請求項
１又は２に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記
微量空気添加手段を、改質器(126) とアノード(103) と
を接続するガス配管に空気を導入するように構成された
空気添加器(156) とすることができる。
【００１８】請求項２又は３における微量空気添加手段
は、請求項４に記載されているように、外気をアノード
排ガスに添加するものであってもよいし、請求項５に記
載されているように、上記カソード(102) から排出され
るカソード排ガスをアノード排ガスに添加するものであ
ってもよい。
【００１９】請求項６に記載されているように、請求項
１に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記空気供
給部(115) を上記燃焼室(112) に接して設け燃焼室(11
2) との境界壁に形成された多数の小孔(117a)を介して
燃焼室(112) に空気を供給するように構成し、上記多数
の小孔(117a)を上記改質触媒層(113) への原料の入口側
ほど開口率が高くなるように構成することができる。
【００２０】これにより、吸熱反応である改質反応がよ
り促進される改質触媒層(113) の入口側ほど燃焼室(11
2) の火力が強くなるので、改質触媒層(113) 全体の温
度分布が均一化され、改質触媒層(113) の寿命もより長
くなるとともに、燃料電池発電システム全体の発電効率
も向上する。
【００２１】請求項７に記載されているように、請求項
６に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記アノー
ド排ガスが上記燃焼触媒層(116) で空気と共に燃焼する
ように上記アノード排ガスに微量の空気を添加する微量
空気添加手段をさらに備えることができる。
【００２２】請求項８に記載されているように、請求項
７に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記微量空
気添加手段を、上記改質器(126) 内の空気供給部(115)
から燃焼触媒層(116) に空気を導入するように構成する
ことができる。
【００２３】これにより、外部に空気添加器を設けなく
ても改質器(126) の内部でアノード排ガスに空気を予備
的に添加することが可能になるので、燃料電池発電シス
テムがコンパクトになる。
【００２４】請求項９に記載されているように、請求項
１，２，３，４，５，６，７又は８に記載の燃料電池発
電システムにおいて、上記空気供給部(115) を、上記カ
ソード(102) から排出されるカソード排ガスを供給する
ものとすることができる。
【００２５】これにより、カソード排ガス中に含まれる
空気をアノード排ガスに添加したものを改質触媒層(11
3) の加熱源として利用することが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）図１は、第１の実施形態に係る固体
高分子型燃料電池発電システム(100A)の構成を概略的に
示す配管系統図である。同図において、(101) は電池本
体を示し、該電池本体(101) の内部には、カソード(10
2) と、アノード(103) とが設けられている。また、(12
0) は取り入れた外気を圧縮して燃料電池(101) 等に送
り込むための空気圧縮機、(121) は都市ガス中の硫黄成
分を取り除くための脱硫器、(122) は脱硫された都市ガ
スを圧縮して高圧にするためのガス圧縮機、(124) はポ
ンプ(123) 等を介して送られる水を貯留するタンク、(1
26) はガス圧縮機(122)から送られる都市ガスと、ポン
プ(125) を介してタンク(124) から送られる水とを反応
させて改質ガスを生成するための改質器、(127a,127b)
は改質器(126) で生成された改質ガス中のＣＯガスを減
ずるための高温変成器及び低温変成器、(128) は低温変
成器(127b)から出る改質ガス中のＣＯガスをさらに酸化
させた後、電池本体(101) に送るための部分酸化反応器
をそれぞれ示す。また、(131) は電池冷却水を放熱させ
るための放熱器、(132) は上記改質器(126) で生じる水
蒸気を凝縮するための凝縮器、(136) はカソード(102)
で生じる水蒸気を凝縮するための凝縮器、(137) はアノ
ード(103) で生じる水蒸気を凝縮するための凝縮器をそ
れぞれ示す。そして、各凝縮器(131,136,137) で生成さ
れた水は上記タンク(124) に戻される一方、気体は外部
に排出されるように構成されている。
【００２７】また、燃料電池発電システム(100A)内には
改質器(126) に水を供給するための水供給系(140) が設
けられている。この水供給系(140) の水流通路(141) に
は、ポンプ(125) と水処理装置(142) とが介設されてい
る。
【００２８】さらに、改質器(126) の出口に設けられた
第１熱交換器(151) と、高温変成器(127a)の出口に設け
られた第２熱交換器(152) と、低温変成器(127b)の出口
に設けられた第３熱交換器(153) と、部分酸化反応器(1
28) の出口に設けられた第４熱交換器(154) とが配設さ
れていて、各熱交換器(151,152,153,154) には、改質ガ
スが流れる通路に介設されたガス側熱交換コイルと、上
記水側流通路(141) に介設された水側熱交換コイルとが
収納されている。すなわち、この水側熱交換コイルとガ
ス側熱交換コイルとによって、改質ガスと水流通路(14
1) の水との熱交換を行って改質ガスの冷却と配設の回
収とを行うように構成されている。なお、(155) は電池
本体(101) のアノード(103) 、カソード(102) から排出
されて改質器(126) に送られるガスと改質器(126) から
排出される排気ガスとの熱交換を行うための第５熱交換
器を示す。
【００２９】さらに、(134) は脱硫器(121) を経た都市
ガスと水流通路(141) の水とを混合させるための混合
器、(135) は圧縮機(120) から送られる外気と低温変成
器(127b)から出るガスとを混合させるための混合器をそ
れぞれ示す。
【００３０】ここで、本実施形態の特徴部分について説
明する。
【００３１】上記アノード(103) から改質器(126) にア
ノード排ガスを供給する通路には、アノード排ガスにカ
ソード排ガス（又は空気）を微量添加するための空気添
加器(156) が介設されている。図示しないが、空気添加
器(156) は、カソード排ガスが流れる通路からアノード
排ガスが流れる通路にカソードガスを強制的に流すため
の圧縮機，ブロワー等の手段を備えている。ただし、ア
ノード排ガスが流れる通路の方が低圧となるような条件
下では、圧縮機，ブロワー等は必要でない。
【００３２】また、改質器(126) 内には、アノード排ガ
スとカソード排ガスとを燃焼させるための燃焼室(112)
と、混合器(134) から送られる都市ガス及びスチームの
混合ガスを反応させて改質ガスを生成するための改質触
媒層(113) と、カソード排ガスを受け入れる空気供給部
としてのカソード排ガス室(115) と、アノード排ガスを
燃焼するための触媒を有する燃焼触媒層(116) とが設け
られている。上記燃焼室(112) ，改質触媒層(113) ，カ
ソード排ガス室(115) 及び燃焼触媒層(116) により改質
器(126) が構成されているが、この改質器(126) は、ほ
とんど図４に示す従来の改質器用燃焼器(110X)として機
能する部分のみからなり、極めてコンパクトな構造とな
っている。
【００３３】なお、上記空気添加器(156) においてカソ
ード排ガスでなく外気を微量添加するように構成しても
よい。また、本実施形態では、空気添加器(156) を第５
熱交換器(155) の上流側に配置しているが、空気添加器
(156) は第５熱交換器(155)の下流側に配置してもよ
い。
【００３４】次に、上記燃料電池発電システム(100) に
おける動作を説明する。
【００３５】まず、水供給系(140) において、タンク(1
24) から排出される水が、水処理装置(142) 、第４熱交
換器(154) 、第３熱交換器(153) 、第２熱交換器(152)
、第１熱交換器(151) を順に経て加熱されスチームと
なって、混合器(134) に送られる。混合器(134) では、
ガス圧縮機(122) から送られる脱硫された都市ガスと、
水供給系(140) から送られるスチームとが混合され、改
質器(126) 内の改質器用燃焼器(110A)に入る。一方、電
池本体(101) のカソード(102) からは空気（酸素，窒
素）及び水蒸気を含むカソード排ガスがカソード排ガス
室(115) に送り込まれる。また、アノード(103) からは
水素ガスを含むアノード排ガスが送られ、空気添加器(1
56) でこのアノード排ガスにカソード排ガスが微量添加
された後、燃焼触媒層(116) に送り込まれる。そして、
燃焼触媒層(116) において燃焼触媒の存在下で微量の空
気（カソード排ガス）が添加されたアノード排ガスが燃
焼して高温になる。また、燃焼室(112) には、燃焼触媒
層(116) から高温になったアノード排ガスが供給され、
カソード排ガス室(111) から小孔（図示せず）を介して
カソード排ガスが供給されて、両者が混合されて燃焼す
る。その結果、改質触媒層(113) 内で触媒の存在の下で
都市ガス及びスチームが加熱されて反応し、主としてＣ
Ｏ2 ガスと水素ガスとを含む改質ガスが生成される。
【００３６】その後の改質ガスの流れは上記従来の燃料
電池発電システム(100X)における流れと同じである。
【００３７】本実施形態では、アノード排ガスが燃焼触
媒の存在の下、燃焼触媒層(116) 内で予備的に燃焼して
高温になってから燃焼室(112) に供給されるので、燃焼
室(112) において、燃焼がスムーズに行われカロリーの
低いガスだけで燃焼が可能になる。したがって、燃料電
池発電システム全体の発電効率が向上するとともに、改
質触媒層(113) の温度上昇が抑制され、改質触媒層(11
3) の寿命が長くなる。従来では、バーナーによる加熱
で一部熱流束の速い部分が生じ適正温度（８００℃）を
その部分の改質触媒が越えてしまうことにより耐久性の
悪化を招いていたが、本方式では均一な燃焼が行えるた
め、温度むらが生じにくく改質触媒(113)の寿命が長く
なる。
【００３８】特に、アノード排ガスにカソード排ガス
（空気）を微量添加して燃焼触媒層(116) で燃焼させて
いるので、さらに低カロリーのガスだけで燃焼が可能に
なる。たとえば、燃焼触媒層(116) でアノード排ガスと
微量のカソード排ガスとを予備的に燃焼させてから、こ
のアノード排ガスを燃焼室(112) でカソード排ガスと共
に燃焼させた場合には、燃焼触媒層(116) を６００℃程
度より低い温度で使用できるため、燃焼触媒の劣化を防
止することができる。したがって、燃料電池発電システ
ム全体の発電効率の向上と改質器(126) の耐久性の向上
とを図ることができる。
【００３９】（第２の実施形態）図２は、第２の実施形
態に係る改質器(126) の構造を概略的に示す斜視図であ
る。なお、燃料電池発電システム全体の構成は、既に説
明した図１に示す構成とほぼ同様である。ただし、本実
施形態では、空気添加器(156) は設けられていない。
【００４０】図２に示すように、本実施形態に係る改質
器(126) は、３層の積層構造を有している。最下層に
は、カソードからの窒素，酸素，水蒸気を主成分とする
ガスを受け入れるためのカソード排ガス室(115) が設け
られている。中間層には、燃焼触媒層(116) と燃焼室(1
12) とが設けられている。また、最上層には、改質触媒
層(113) が設けられている。そして、上記カソード排ガ
ス室(115) の天井部には、カソード排ガスを上方の燃焼
触媒層(116) と燃焼室(112) とに供給するための多数の
小孔（117a,117b)が設けられている。カソード排ガス室
(115) と燃焼触媒層(116) との境界壁に設けられた微量
空気添加手段として機能する小孔(117b)の数はごくわず
かであり、燃焼触媒層(116) には微量のカソード排ガス
を供給するように構成されている。一方、カソード排ガ
ス室(115) と燃焼室(112) との境界壁に設けられた小孔
(117a)は、燃焼触媒層(116) に近い領域では密に燃焼触
媒層(116) から離れた領域では粗に形成されている。つ
まり、改質触媒層(113) への原料ガスの入口側ほど小孔
の開口率を高くしてカソード排ガスの供給量を多くし
て、多くの燃焼熱を発生させるように構成されている。
【００４１】次に、本実施形態の改質器(126) における
動作を説明する。
【００４２】第１の実施形態と同様に、電池本体(101)
のカソード(102) からは空気（酸素，窒素）及び水蒸気
を含むカソード排ガスが、カソード排ガス室(115) に送
り込まれる。また、燃焼触媒層(116) には、アノード(1
03) から水素ガスを含むアノード排ガスが送られるとと
もに、カソード排ガス室(115) から小孔(117b)を介して
微量のカソード排ガスが吹き込まれ、両者が混合した状
態でアノード排ガスが燃焼する。そして、燃焼室(112)
には、燃焼触媒層(116) で燃焼して高温になったアノー
ド排ガスが供給され、カソード排ガス室(115) からはそ
の上壁に設けられた小孔(117a)を介してカソード排ガス
が供給され、燃焼室(112) 内で両者が混合されて燃焼す
る。その結果、改質触媒層(113) 内で、改質触媒の存在
の下で都市ガスが加熱されて、主としてＣＯ2 ガスと水
素ガスとを含む改質ガスに改質される。
【００４３】その後の改質ガスの流れは上記従来の燃料
電池発電システム(100X)における流れと同じである。
【００４４】本実施形態によると、上記第１の実施形態
と同様に、予めアノード排ガスを燃焼触媒層(116) 内で
予備的に燃焼させて高温にしてから燃焼室(112) 内でア
ノード排ガスとカソード排ガスとを燃焼させているの
で、低カロリーガスのみでの燃焼を可能となる。また、
燃焼触媒層(116) に微量のカソード排ガス（空気）を供
給してアノード排ガスを燃焼させているので、さらに低
カロリーガスのみでの燃焼が可能となる。
【００４５】さらに、アノード排ガス室(115) から燃焼
室(112) にカソード排ガスを供給する小孔を改質触媒層
(113) への都市ガス等の入口側に近いほど密に、つまり
開口率が高くなるように形成したので、改質触媒層(11
3) における温度分布の均一化を図ることができる。す
なわち、改質反応は吸熱反応であり、入口ほど吸熱量が
多く出口ほど吸熱量が少ないために、温度分布が不均一
となりがちである。それに対し、本実施形態では、改質
触媒層(113) への都市ガス等の入口側に近いほどカソー
ド排ガスの供給量を多くしてアノード排ガスの燃焼を高
めているので、改質触媒層(113) の全域で吸熱量と発熱
量とのバランスがよくなり、改質反応の効率の向上を図
ることができる。
【００４６】ただし、小孔の開口率を高くするための構
造は本実施形態に限られるものではなく、小孔の径を大
きくすることも可能である。
【００４７】（その他の実施形態）上記第２の実施形態
のような改質器(126) の構造において、カソード排ガス
室(115) と燃焼触媒層(116) との間には小孔(117b)を設
けずに、第１の実施形態のような空気添加器を改質器(1
26) の外部に別途設ける構造としてもよい。また、改質
器(126) 内で燃焼触媒層(116) にアノード排ガスが入る
直前にカソード排ガス（又は空気）を添加する構成とし
てもよい。
【００４８】また、第２の実施形態において、小孔の開
口率を高くするための構造は第２の実施形態の構造に限
られるものではなく、たとえば改質触媒層への原料ガス
の入口側ほど小孔の径を大きくするような構造も可能で
ある。
【００４９】さらに、上記各実施形態では、燃焼室(11
2) においてアノード排ガスとカソード排ガスとを燃焼
させるようにしているが、カソード排ガスの代わりに空
気を導入しても、アノード排ガスを有効に利用すること
ができる。
【００５０】また、上記各実施形態において、変成器は
必ずしも高温変成器(127a)と低温変成器(127b)とにより
構成されている必要はなく、単一の変成器で構成されて
いてもよいものとする。
【００５１】
【発明の効果】請求項１〜９によれば、アノード排ガス
を改質器の燃焼室で燃焼させて、改質触媒層で原料ガス
を改質する際の加熱源とするように構成された燃料電池
発電システムにおいて、アノード排ガスを予め燃焼触媒
層で燃焼させてから燃焼室に供給するように構成したの
で、カロリーの高いガスを混ぜることなくアノード排ガ
スを燃焼させることができ、よって、システムの発電効
率の向上と改質触媒層の寿命の向上を図ることができ
る。
【００５２】特に、アノード排ガスに微量の空気を添加
して燃焼触媒層で燃焼させることにより、さらに低カロ
リー状態でアノード排ガスを燃焼させることができる。
【００５３】また、アノード排ガスを改質器の燃焼室で
カソード排ガスとともに燃焼させることにより、２つの
排ガスを有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池発電システムの
構成を概略的に示す配管系統図である。
【図２】第２の実施形態に係る改質器の構造を概略的に
示す斜視図である。
【図３】従来の燃料電池発電システムの構成を概略的に
示す配管系統図である。
【符号の説明】
100 燃料電池発電システム 101 電池本体 102 カソード 103 アノード 110 改質器用燃焼器 111 排ガス室 112 燃焼室 113 改質触媒層 115 カソード排ガス室（空気供給部） 116 燃焼触媒層 117a 小孔 117b 小孔（微量空気添加手段） 120 空気圧縮機 121 脱硫器 122 ガス圧縮機 123 ポンプ 124 タンク 125 ポンプ 126 改質器 126a バーナー 127 変成器 128 部分酸化反応器 131 放熱器 132 凝縮器 136 凝縮器 137 凝縮器 140 水供給系 141 水流通路 142 水処理装置 151 第１熱交換器 152 第２熱交換器 153 第３熱交換器 154 第４熱交換器 155 第５熱交換器 156 空気添加器（微量空気添加手段）

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アノード(103) ，カソード(102) を有す
    る電池本体(101) に改質器(126) から少なくとも水素を
    含む改質ガスと少なくとも酸素を含む他のガスとを供給
    し、上記改質ガス及び他のガスをアノード(103) ，カソ
    ード(102) で電極反応させるように構成された燃料電池
    発電システムにおいて、 上記改質器(126) 内に配置され、原料から上記改質ガス
    を生成するための改質触媒層(113) と、 上記改質器(126) 内に配置され、上記改質触媒層(113)
    を加熱するための燃焼室(112) と、 上記燃焼室(112) に空気を供給するための空気供給部(1
    15) と、 上記アノード(103) から排出されるアノード排ガスを燃
    焼させた後上記燃焼室(112) に供給するための燃焼触媒
    層(116) とを備えていることを特徴とする燃料電池発電
    システム。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の燃料電池発電システム
    において、 上記アノード排ガスが上記燃焼触媒層(116) で空気と共
    に燃焼するように上記アノード排ガスに微量の空気を添
    加する微量空気添加手段をさらに備えていることを特徴
    とする燃料電池発電システム。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の燃料電池発電システム
    において、 上記微量空気添加手段は、改質器(126) とアノード(10
    3) とを接続するガス配管に空気を導入するように構成
    された空気添加器(156) であることを特徴とする燃料電
    池発電システム。
  4. 【請求項４】 請求項２又は３に記載の燃料電池発電シ
    ステムにおいて、 上記微量空気添加手段は、外気を上記アノード排ガスに
    添加するものであることを特徴とする燃料電池発電シス
    テム。
  5. 【請求項５】 請求項２又は３に記載の燃料電池発電シ
    ステムにおいて、 上記微量空気添加手段は、上記カソード(102) から排出
    されるカソード排ガスを上記アノード排ガスに添加する
    ものであることを特徴とする燃料電池発電システム。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の燃料電池発電システム
    において、 上記空気供給部(115) は、上記燃焼室(112) に接して設
    けられ燃焼室(112) との境界壁に形成された多数の小孔
    (117a)を介して燃焼室(112) に空気を供給するように構
    成されており、 上記多数の小孔(117a)は、上記改質触媒層(113) への原
    料の入口側ほど開口率が高くなるように構成されている
    ことを特徴とする燃料電池発電システム。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の燃料電池発電システム
    において、 上記アノード排ガスが上記燃焼触媒層(116) で空気と共
    に燃焼するように上記アノード排ガスに微量の空気を添
    加する微量空気添加手段をさらに備えていることを特徴
    とする燃料電池発電システム。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の燃料電池発電システム
    において、 上記微量空気添加手段は、上記改質器(126) 内の空気供
    給部(115) から燃焼触媒層(116) に空気を導入するよう
    に構成されていることを特徴とする燃料電池発電システ
    ム。
  9. 【請求項９】 請求項１，２，３，４，５，６，７又は
    ８に記載の燃料電池発電システムにおいて、 上記空気供給部(115) は、上記カソード(102) から排出
    されるカソード排ガスを供給するものであることを特徴
    とする燃料電池発電システム。
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