JPH04188567A - 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネル
ギーに変換させるエネルギ一部門で用いる燃料電池の発
電装置のうち、特に、溶融炭酸塩型燃料電池発電装置に
関するものである。

［従来の技術］ 溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質として溶融炭酸塩を多
孔質物質にしみ込ませてなる電解質板を、カソード（酸
素極）とアノード（燃料極）の両電極で両面から挟み、
カソード側には酸化ガスを供給すると共にアノード側に
燃料ガスを供給することによりカソード側とアノード側
でそれぞれ反応を行わせるようにして発電が行われるよ
うにしたものを１セルとし、各セルをセパレータを介し
て多層に積層してスタックとするようにしである。

かかる溶融炭酸塩型燃料電池のアノードに供給される燃
料ガスは、燃料として天然ガスが用いられる場合は天然
ガスを改質器で改質したものが用いられている。この天
然ガスの如き改質原料ガスを改質する改質器としては、
改質用触媒を充填した改質室とそれと伝熱隔壁を介して
配置された燃焼ガス室と燃焼用触媒を充填した触媒燃焼
器とから構成され、触媒燃焼器で生じた燃焼熱を伝熱隔
壁を介し改質室側に吸熱させ、改質室での吸熱反応によ
り改質原料ガスを改質するようにしである外部改質器の
ほかに、改質用触媒を充填した改質室を、燃料電池のス
タックの数セルごとに挿入配置し、電池反応により生じ
た熱を吸熱して改質原料ガスを改質し、その燃料ガスを
各セルのアノードに供給するようにしである間接内部改
質器がある。

上記外部改質器と間接内部改質器とを組み合わせた従来
の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置としては、第６図に概
要を示す如く、電解質板１をカソード２とアノード３の
両電極で両面から挟み、カソード２側に酸化ガスを供給
すると共にアノード３側に燃料ガスを供給するようにし
であるセルをセパレータを介し積層して構成するスタッ
クの数セルごとに、改質用触媒が充填してあって改質原
料ガスが一端側から流入して　　　□改質用触媒と接触
した後他端側から排出されるようにしである改質室４を
挿入配置した構成の間接内部改質型燃料電池Ｉと、触媒
燃焼器１１と、改質室５ａと燃焼ガス室５ｂとを伝熱隔
壁を介して配置してなる外部改質器５とを設置し、改質
原料ガスとしての天然ガスＮＧが、天然ガス供給ライン
６上の脱硫器７で脱硫された後、蒸気供給ライン２９に
より供給された過熱蒸気と共に天然ガス予熱器８を経て
燃料電池Ｉの改質室４に供給され、該改質室４で燃料電
池Ｉでの反応により生じた熱を吸熱して一部の改質が行
われた後、外部式の改質器５の改質室５ａに供給される
ようにし、該改質器５の改質室５ａで改質された燃料ガ
スＦＧが燃料電池Ｉのアノード３に供給されるよう該ア
ノード３の入口側に燃料ガス供給ライン９を接続し、更
に、アノード３から排出されたアノード排ガスが改質器
５の燃焼ガス室５ｂヘアノード排ガスラインｌＯにて触
媒燃焼器１１を経て供給されるようにする。一方、燃料
電池Ｉのカソード２に供給する酸化ガスとしての空気Ａ
は、フィルタ１２を通り、空気供給ライン１３上の空気
ブロワ１４で加圧された後、上記改質器５の燃焼ガス室
５ｂ出口側に接続された燃焼排ガスライン１５中の燃焼
排ガスと空気予熱器Ｉ６て熱交換して加熱されて上記カ
ソード２に供給されるようにし、該カソード２から排８
されたカソード排ガスは、カソード排ガスライン１７よ
り一部はリサイクルライン１８、リサイクル用ガスブロ
ワ１９を経て空気供給ライン１３を通しカソード２にリ
サイクルさせられるようにし、又、カソード排ガスの一
部は出口分岐ライン２０より上記触媒燃焼器１１を経て
上記改質器５の燃焼ガス室５ｂへ導入させるようにする
と共に、残りのカソード排ガスをカソード排ガスライン
１７より蒸気過熱器２１、蒸気発生器２２、改質用蒸気
発生器２３を経て大気へ放出させるようにしである。又
、上記空気の予熱に供した改質器５の燃焼ガス室５ｈか
らの燃焼排ガスは、凝縮器３０を通して気液分離器２４
へ導くようにし、該気液分離器２４には、上水Ｈ，０を
水処理装置２５で処理して供給するようにしてあって、
気液分離器２４で分離された水は、上水Ｈ２０と共に給
水ポンプ２６で加圧され水処理装置２７を経て上記蒸気
発生器２２、改質用蒸気発生器２３へ導かれるようにし
、且つ上記蒸気発生器２２で発生した水蒸気は水蒸気回
収ライン２８より回収できるようにすると共に、上記改
質用蒸気発生器２３て発生した水蒸気は蒸気過熱器２１
で過熱されて水蒸気ライン２９より天然カス供給ライン
６に導くようにし、又、余剰の改質用蒸気は改質器５の
燃焼ガス室５ｂからの燃焼排ガスと共に凝縮器３０に導
かれ、凝縮するようにしである。

上記した間接内部改質型の燃料電池の場合は、燃ネ・１
電池Ｉの電池反応により発生した熱が、改質室４の吸熱
による改質作用によって除熱されると同時に、カソード
排ガスの顕熱によって除熱されるため、内部改質室４の
ない燃料電池の場合に比して電池の除熱のためのガス量
を少なくすることができる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、第６図に示した従来の溶融炭酸塩型燃料電池
発電装置において、発電システムの送電端効率を高める
ためには、アノード３での燃料利用率を高める必要かあ
るか、電池のセル積層方向では第４図にボず如く、各段
のセルの流量か必ずしも均一になるわけではなく、又、
１セル而内でも第５図に示す如く、電極面積が大きくな
ると燃料の流量配分が不均一になることがある。セルに
流す流量が少ないほど流量配分の不均一は生しやすい。

それらの流量不均一は、燃料利用率の高い条件ではセル
の一部分に燃料不足を生じさせ、電圧低下の原因となる
。

したがって、従来、電池を安定した状態で運転しようと
すると、燃料利用率を成る値以下にしなければならなか
った。しかも、従来の発電装置では、電池の発熱を改質
室４での吸熱による改質反応とカソード排ガスの顕熱に
よる冷却作用によって除熱するようにしであるため、燃
料電池に供給するガスは除熱量の関係から燃料電池に流
すガス量は少なく、Ｃ０２，０□の利用率から決まる最
小流量となると共に、電池のセルスタックを複数と考え
た場合、従来の燃料電池は並列配置となるため、電池セ
ルを通過するガス量を多くすることができず、これにｆ
半い、電池の入口側と出口側の温度差が大きくなって電
池セルの入口側温度を余り高くすることかできなくなり
、電池運転温度をあげることができないで、発電効率を
向上させることができない。

又、電池セルの入口側温度を高くできないことからアノ
ード入［−１において炭素析出の懸念があり、これを防
止するためにＳ／Ｃ比（水蒸気／炭素モル比）を小さく
することができず、電池入ロ温度５７０°Ｃ程度で通常
Ｓ／Ｃ＝３程度が採用されているのが実状である。

上記炭素析出を防止する目的で、セルの運転温度が低い
ままアノードの供給ガス温度だけを高くして、アノード
入口温度を高くしようとしても、第７図に示す如く、セ
ル内でカソード側の低温ガスにより冷却されて直ちに温
度が下がるので、炭素析出の問題が残って余り効果がな
いと同時に、入１］でアノード、カソード間の温度差が
大きくなり、熱応力的に問題となる。

そこで、本発明は、燃料電池発電装置におけるワンパス
の燃料利用率が低くてもトータルとしての燃料利用率を
向上させて送電端効率を高められるようにすると共に、
燃料の流量配分を改善できるようにし、又、電池セルの
運転温度を高くしてセルの効率を向１−させ、且っＳ／
Ｃを低くすることができるようにしようとするものであ
る。

「課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決するために、間接内部改質型
の溶融炭酸塩型燃料電池を複数個配置して直列に接続し
、改質原料ガスを、上流側の燃料電池における改質室、
下流側の燃料電池における改質室を経て外部改質器の改
質室に供給するよう改質原料ガス供給ラインを設けると
共に、上記改質器の改質室の出口側を上流側の燃料電池
のアノード入口側に接続し、且つ下流側の燃料電池のア
ノードとカソードの各出口側を触媒燃焼器を介して上記
改質器の燃焼ガス室入口側に接続してなる構成とする。

又、外部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池と間接内部改質
型の溶融炭酸塩型燃料電池を配置して直列に接続し、間
接内部改質型の燃料電池を上流側又は下流側として、改
質原料ガスを該間接内部改質型の燃料電池における改質
室を通して外部改質器の改質室に供給するよう改質原料
ガス供給ラインを設けると共に、上記改質器の改質室の
出口側を上流側の燃料電池のアノード入口側に接続し、
且つ下流側の燃料電池のアノードとカソードの各出口側
を触媒燃焼器を介して上記改質器の燃焼ガス室入口側に
接続してなる構成としてもよい。

「作　　　用コ 間接内部改質型の燃料電池を複数個直列に接続すると、
各燃料電池ごとに電池反応により発生した熱を、カソー
ド排ガスの顕熱と改質室での吸熱による改質反応により
除熱できるので、各燃料電池に流すガス量は少なくでき
るが、複数の燃料電池を全体として考えた場合、必要な
ＣＯ２，０２量は一定であるので、燃料電池を直列に接
続した場合は、複数の燃料電池を並列に接続して個々の
燃料電池に流しているガス量のトータルガス量と同し量
を上流側の燃料電池に流すことが必要となる。これによ
りアノードを通過するガス量が多くなってガスの流量配
分が改善されると共に、電池入口と出口の温度差を小さ
くすることができて電池入口温度を高くすることができ
、これに伴い電池運転温度を高くできて発電効率を向上
でき、又、電池入口温度を高くすることができると、炭
素析出条件を緩和できるので、Ｓ／Ｃを小さくすること
ができて、アノードでの燃料濃度が高まり、システムの
効率を高めることができる。且つＳ／Ｃの低下により蒸
気消費量が減るので回収蒸気量が増大する。又、複数個
の燃料電池を直列に接続しているので、上流側の燃料電
池のアノードでは燃料利用率が低くても未利用の燃料は
下流側の燃料電池のアノードで利用されるので、トータ
ルとしての燃料利用率を高めることができる。

又、直列に接続した上流側と下流側の燃料電池のうち、
いずれか一方、たとえば、上流側の燃料電池のみを間接
内部改質型とすると、下流側の燃料電池の反応熱は改質
に使えなくなり、これによって上流側の燃料電池の必要
除熱量は極端に減少する。そこに全燃料電池に必要なガ
スを流すことになるので、ガスの入口、出口の温度差が
小さくなり、燃料電池の運転温度は並列配置の時の出口
側温度に近づいてくる。すなわち、燃料電池の運転温度
は非常に高（なるので、電池性能が向上すると同時にＳ
／Ｃが低くても炭素析出を防止することができる。上流
側のセル数を更に減らし、下流側に移すと、上流側燃料
電池の必要除熱量はマイナスとなり、流すガスは除熱の
ためから加熱のためのものとなる。これは電解質揮散の
防止に効果がある。又、上流側の燃料電池のアノード反
応でＨ２Ｏと００２が生成され、これが下流側燃料電池
のアノードに供給されるので、下流側のアノード入口で
の炭素析出の問題は発生せず、したがって、Ｓ／Ｃをよ
り小さくすることができる。

一方、直列に接続した上流側と下流側の燃料電池のうち
、下流側の燃料電池を間接内部改質型にすると、下流側
の燃料電池の除熱量か減少し、バランスによってはマイ
ナスとすることもできるので上流側燃料電池の排気ガス
を冷却せず、そのまま下流側の燃料電池に入れることが
できる。

［実　施　例コ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、第６図に示し
た従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置と同様な構成に
おいて、間接内部改質型とした溶融炭酸塩型燃料電池を
２個直列に接続した場合について示す。

すなわち、電解質板ｌをカソード２とアノード３の画電
極で両面から挟んでカソード２側に酸化ガスとして空気
Ａを、又、アノード３側に燃料ガスＦＧをそれぞれ供給
するようにしであるセルを図示しないセパレータを介し
多層に積層し、てスタックとする場合に、たとえば、上
記セルを５層積層するごとに、内部に改質用触媒を充填
して改質原料ガスが内部を通過できるようにしである改
質室４を介在させて５セル／１改質室型とし、電池反応
で生じた熱を吸熱して改質反応が行われるようにしであ
る間接内部改質型の燃料電池■と■を設置して、上流側
の間接内部改質型燃料電池Ｉの改質室４と下流側の間接
内部改質型燃料電池■の改質室４とを直列に接続し、て
、上流側と下流側の改質室４と４を経た後、一部数質さ
れた原料ガスとしての天然ガスＮＧが外部改質器５の改
質室５ａに供給されるようにすると共に、上流側の間接
内部改質型燃料電池Ｉのアノード３と下流側の間接内部
改質型燃料電池■のアノード３とを直列に接続して、上
記外部改質器５の改質室５ａで改質された燃料ガスが上
流側の間接内部改質型燃料電池■のアノード３に供給さ
れると、該アノード３と下流側の間接内部改質型燃料電
池■のアノード３の順て燃料が利用されて、下流側の間
接内部改質型燃料電池■のアノード３から排出されたア
ノード排カスが、下流側の間接内部改質型燃料電池■の
カソード２から排出されたカソード排ガスの一部ととも
に触媒燃焼器１１を経て上記改質器５の燃焼カス室５ｂ
に供給されるようにする。一方、上流側の間接内部改質
型燃料電池Ｉのカソード２と下流側の間接内部改質型燃
料電池■のカソード２とを冷却器３１を介して接続し、
上流側の間接内部改質型燃料電池■のカソード２を出た
カソード排ガスが冷却器３１で冷却されてから下流側の
間接内部改質型燃料電池■のカソード２へ供給されるよ
うにし、該下流側の間接内部改質型燃料電池■から排出
されたカソード排ガスの一部が、リサイクルライン１８
、リサイクル用ガスプロワ１９を経て上流側のカソード
２ヘリサイクルされ、他の一部のカソード排ガスは出口
分岐ライン２０より上記触媒燃焼器ＩＩを経て改質器５
の燃焼ガス室５ｂへ導入され、残りのカソード排ガスが
カソード排ガスラインＩ７より蒸気過熱器２１へと導か
れるようにしである。

その他の構成は、第６図のものと同しであり、同一のも
のには同一の符号が付しである。

天然ガスＮＧは、脱硫器７を経た後水蒸気ライン２９か
ら供給される過熱水蒸気と共に、天然ガス予熱器８を経
て上流側の間接内部改質型燃料電池Ｉの改質室４の入口
側へ供給され、該改質室４で改質反応が行われた後、下
流側の間接内部改質型燃料電池Ｈの改質室４へ導かれて
、ここでも改質反応が行われて改質器５の改質室５ａに
供給される。改質器５の改質室５ａで最終的に改質され
て得られた燃料ガスＦＧは上流側の間接内部改質型燃料
電池Ｉのアノード３に供給される。一方、上流側の間接
内部改質型燃料電池■のカソード２には、空気供給ライ
ン１３より高温の空気Ａが供給される。カソード２側で
は、ＣＯ２＋　１／２０２　＋２ｅ−４ＣＯｓ−の反応
が行われて、炭酸イオンＣ０１−が生成され、この炭酸
イオンｃｏ、”−が電解質板１中を通してアノード３側
へ達するので、アノード３側では、燃料ガスＦＧが上記
炭酸イオンＣＯ％−と接触するので、 ＣＯｉ−−＋　Ｈ２→ＣＯ２＋　Ｈ２０＋　２　ｅ’′
ＣＯｓ−＋　ＣＯ−２ＣＯ２＋　２　ｅ−の反応か行わ
れて燃料の利用が図られる。上記上流側の間接内部改質
型燃料電池Ｉのアノード３から排出されたアノード排ガ
スは、そのまま下流側の間接内部改質型燃料電池Ｈのア
ノード３に供給され、ここで上流側の燃料電池のアノー
ド３で未利用の燃料を利用した反応が行われて排出され
、触媒燃焼器１１を経て改質器５の燃焼ガス室５ｂへ供
給される。

上記において、上流側及び下流側の燃料電池Ｔ、　　Ｉ
Ｉは、いずれも間接内部改質型のものであるため、電池
反応により発生した熱を、カソード排ガスの顕熱と、改
質室４での改質反応における吸熱作用とによって除熱す
ることができるので、カソード排ガスの顕熱のみで除熱
を行わせる通常の燃料電池の場合に比して除熱のための
ガス量を基本的には少なくすることができ、これにより
カソード２に流す空気の絶対量も基本釣には少なくなる
。但しこの場合、複数個の燃料電池を並列配置とした場
合に個々の燃料電池に流すガス量を、カソード排ガスの
顕熱のみで電池熱の除熱を行わせる場合のガス量の半分
、すなわち、０，５すつとすると、燃料電池を直列配置
とした場合は上記並列配置の場合に流すトータルのガス
量を流すことが可能となって、０、５＋０．５　＝　１
の量が流せることになる。特に燃料電池のアノードに供
給されるガス量はカソード排ガスに比較して通常流量が
少ないので、流量配分の均一性が劣っているが、燃料型
Ｍｌ。

■を直列に接続すると、上述のように燃料電池の並列配
置の場合に比して各セルを通過するアノード排ガス量は
直列配置の方が増大するのて、アノード排ガスの流量配
分が改善されることになる。又、燃料電池Ｉと■を直列
配置にすると、上流側の間接内部改質型燃料電池■のカ
ソード２の出口側に冷却器３１を設置して該冷却器３１
で冷却したカソード排ガスを下流側の間接内部改質型燃
料電池Ｈのカソード２に供給することにより上流側のカ
ソード排ガス量をそのまま下流側のカソード２へ流せる
ので、燃料電池を並列に配置した場合に各カソードに個
々にガスを流すときのトータルガス量に比して、ＣＯ２
，０２の必要量を確保できる範囲内でトータルのガス流
量を少なくすることが可能となり、かかるカソード排ガ
ス量の減少に伴いカソード排ガス中のＣＯ２濃度が高く
なり電池電圧が上がると共にリサイクル用ガスブロワ１
９の動力も削減できることになる。更に、燃料電池■と
■を直列配置として、燃料電池を並列配置して個々の燃
料電池に流すガス量のトータルガス量と同じ量のカソー
ド排ガス流量とすると、前記したように直列配置の方か
ガス流量が増大する。この際、各セルでの発熱量を同じ
とすると、ガス流量が多い分たけ電池セルの入口側と出
口側の温度差を小さくすることができる。電池セルの出
口温度を上げることは、電解質がロスする関係で好まし
くないので、電池セルの出口温度を同じとすると、燃料
電池を直列配置とした場合は入口側の温度を高くするこ
とができ、電池の運転温度を高くすることかできて、電
池電圧が高くなり、発電効率の向上が図れることになる
。

又、電池の運転温度を高くすると、アノード入口での炭
素析出反応（２ＣＯ４Ｃ’０２　＋Ｃ）が起こりにくい
ので、電池の運転温度を高くしてＳ／Ｃ比を低くするこ
とができ、これに伴い、改質に必要な水蒸気量を少なく
してＳ／Ｃを小さくするようにしても、アノード入口で
の炭素析出の懸念がないので、改質用水蒸気量を低減で
きて燃料濃度が高まりシステムの効率を高めることがで
きると共に、回収蒸気量が増大できる。更に又、間接内
部改質型の燃料電池工と■を直列に接続して、上流側の
燃料電池Ｉのアノード３からのアノード排ガスをそのま
ま下流側の燃料電池■のアノード３に供給して、上流側
のアノードで未利用の燃料を利用して下流側のアノード
で反応が行われるようにしであるので、たとえば、上流
側と下流側の各燃料電池Ｉ、Ｈのアノード３での燃料利
用率をともに７０％とすると、 燃料電池Ｉでは、　　　Ｉｎ％ｘｉｌ、７＝７０％燃料
電池■では、（１００−，７０）％ｘ　Ｑ、？＝２１％
となり、トータルでは９１％という高い燃料利用率が得
られることになる。このように燃料利用率を高くするこ
とができることから、システムの送電端効率を高くする
ことか可能となるが、この場合に、直列接続した複数の
燃料電池■。

Ｈのワンパスの燃料利用率は上記した如く高くする必要
がないので、第４図や第５図に示す如くセルの積層方向
、セル面内での燃料の流量配分に不均一が生じていても
、部分的に燃料不足を来たして電圧低下を招くことはな
い。

次に、第２図は本発明の他の実施例を示すもので、電解
質板ｌをカソード２とアノード３の画電極で両面から挟
んでなるセルをセパレータを介して多層に積層する場合
に、第１図に示した実施例におけるセルを５層積層する
ごとに改質室４を介在させるようにした５セル／１改質
室型に代え、セルを３層積層するごとに改質室４を介在
させてスタックとした構成の３セル／１改質室型とした
間接内部改質型燃料電池Ｉと、」二記の少なくしまたセ
ルを積層した構成の間接内部改質型でない通常の燃料電
池■とに分けて設ＭＬ、両燃料電池■と■を直列に接続
して、間接内部改質型燃料電池■を上流側とし５、天然
ガスＮＧは、過熱水蒸気と共に天然ガス供給ライン６に
より間接内部改質型燃料電池Ｉの改質室４を経て改質器
５の改質室５ａに供給するようにし、該改質器５の改質
室５ａで改質された燃料ガスＦＧか」−流側の燃料電池
Ｉのアノード３に供給され、該アノード３から下流側の
燃料電池■のアノード３へ導かれるようにし２、又、上
流側の燃料電池■のカソード２に供給された空気Ａは、
該カソード２から排出されると冷却器３１で冷却されて
下流側の燃料電池■のカソード２へ供給されるようにし
たものであり、ぞの他の構成は第１図のものと同しであ
る。

この実施例では、上流側の燃料電池■は第１図の間接内
部改質型燃料電池に比べ改質器が相対的に多いため、電
池反応で発生した熱は、カソード２を通過するカソード
排ガスの顕熱で除去する分は少なく、改質室４ての改質
反応における吸熱により大部分除去されることになるの
で、必要なｃｏ、　、ｏ、：ｉｔを確保できる範囲内で
カソード２への供給ガス量を少なくすることかできる。

この場合に、上流側の燃料電池■では、セル数を少な（
しているので、発熱量はそれたけ小さくなり、しまたか
って、必要なＣＯ２，０２の確保きいう観点から逆にガ
ス流量を一定とすれば、入口側、出［−１側の温度差を
小さくすることができて、セル入口側の温度を高くする
ことができる。一方、下流側の燃料電池■は間接内部改
質型ではないので、電池熱をカソード排ガスの顕熱のみ
で除去しなければならず、そのために電池入口側と出目
側の温度差をつける必要があるが、下流側の燃料電池■
は上流側に比べて反応量が少ないことと、上流側のカソ
ード２から出たカソード排ガスは冷却器３Ｉにより冷却
されてから下流側のカソード２に供給されるので、電池
熱の除熱を充分に行うことができる。一方、上流側の燃
料電池Ｉのアノード３がら排出されたガスは、該アノー
ド３での反応により生成されたｃｏ２とＨ２Ｏのほかに
未利用の燃料を含んでいるので、下流側の燃料電池■の
アノード３では、上流側での未利用の燃料を利用した反
応が行われて排出され、カソード排ガスとともに触媒燃
焼器１１を経て改質器５の燃焼ガス室５ｂに導入される
。下流側の燃料電池■のアノード３に入るアノード排ガ
スには、上記のように上流側のアノード３での反応によ
り生成されたＣＯ２とＨ２Ｏが多く含まれていて、炭素
析出反応を起こしにくいガス組成となっているので、ア
ノード入口側の温度を高くする必要がなく、したがって
、改質器へ供給する原料ガスのＳ／Ｃをより小さくした
運転ができる。

又、第３図は本発明の更に他の実施例を示すもので、上
述した第２図に示す実施例において上流側と下流側の燃
料電池を逆にし、上流側に間接内部改質型でない通常の
燃料電池■を、又、下流側に間接内部改質型燃料電池Ｉ
を配置して、直列に接続し、天然ガスＮＧは、天然ガス
供給ライン６により下流側の燃料電池Ｉの改質室４を通
して改質器５の改質室５ａに供給（７、ここで改質され
た燃料ガスＦ　Ｇを燃料ガス供給ライン９により上流側
の燃料電池■のアノード３に供給するようにし、一方、
酸化カスとしての空気Ａを上流側の燃料電池■のカソー
ド２へ供給するようにし、下流側の燃料電池Ｉのカソー
ド２とアノード３には、−ト流側から排出されたガスが
そのまま供給されるようにしたものであり、その他の構
成は第２図のものと同じである。

この実施例の場合には、上流側の燃料電池■はカソード
排ガスの顕熱のみでセルを冷却することにより除熱する
ので、カソード入「」、出１−１の温度差をつける必要
があるか、下流側の燃料電池は間接内部改質型の燃料電
池■であるため、電池反応て生じた熱は改質室４での改
質における吸熱により大部分除熱されるので、カソード
排ガスの顕熱による除熱が少なくなり、これにより上流
側のカソード２と下流側のカソード２との間に設ける冷
却器を省略することができると共に、上流、下流のセル
数の配分を調節することによって、下流側のカソード２
では出口温度を入口温度よりも下げることも可能であり
、このことは電解質のロスを防ぐのに有効となる。

なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものでは
なく、たとえば、複数の燃料電池として２個の場合を示
したが、３個もしくはそれ以上として直列に接続するよ
うにしてもよく、その池水発明の要旨を逸脱しない範囲
内で種々変更を加え得ることは勿論である。

［発明の効果］ 以上述べた如く、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電装
置によれば、間接内部改質型とした複数の燃料電池を直
列に接続し、改質原料ガスは上流側の燃料電池における
改質室、下流側の燃料電池における改質室を経て外部改
質器の改質室に供給するようにすると共に、該外部改質
器の改質室で改質された燃料ガスを、上流側の燃料電池
のアノード、下流側の燃料電池のアノードの順に流して
利用させるようにし、又、酸化ガスとしての空気を上流
側の燃料電池のカソード、下流側の燃料電池のカソード
の順に流し、下流側のアノードから出たアノード排ガス
とカソードから出たカソード排ガスを、外部改質器の燃
焼ガス室に導入させるようにしであるので、個々の燃料
電池では、間接内部改質作用での吸熱により電池反応熱
を除熱できることから、カソード排ガスの顕熱による除
熱の割合を少なくすることができて、カソードへ流すガ
スの絶対量が少なくなる。又複数の燃料電池が直列配置
としであるので、１つ１つの燃料電池のアノードでの燃
料利用率を高くすることなくトータルとしての燃料利用
率を高めることができて、発電端効率を高めることがで
き、又、各電池セルを通過するアノード排ガス量は、燃
料電池を並列配置した場合よりも直列配置の方が増大す
るので、通常カソード排ガスに比較して流量が少なく流
量配分の均一性が劣っているアノード排ガスの流量配分
を改善することができる。又、燃料電池を直列配置にし
て、上流側と下流側のカソードとの間に冷却器を置く構
成とすると、燃料電池の並列配置の場合より各電池セル
を通過させる場合のガス量のトータル量を減少できるこ
とから、このガス量の減少に伴いガス中のＣＯ２濃度が
高くなって電池電圧を上げることが可能となると共に、
リサイクル用ガスブロワの動力も削減できることになり
、又、上記燃料電池の並列配置におけるトータルのカソ
ード排ガス量と同じ量のカソード排ガス量を燃料電池の
直列配置で流すようにすれば、各電池セルを通過するカ
ソード排ガス量を増大でき、その結果、電池入口温度を
高くできて入口出口の温度差を小さくし電池の運転温度
を高くすることができ、これに伴い電池電圧を高くでき
て効率の向上が図れる。又改質に必要な水蒸気を低減さ
せてＳ／Ｃ（水蒸気／炭素）比を小さくすると、従来の
方式では、燃料電池アノード入口で炭素析出反応が生じ
るおそれがあるが、上記のとおり電池の運転温度を高（
できることから炭素析出反応が生じにくく、Ｓ／Ｃ比を
小さくすることができ、アノードでの燃料濃度が高まり
システムの効率を高めることが可能となると共に改質器
での蒸気消費量を減少することができるので回収蒸気量
が増大する。又、直列接続した下流側の燃料電池を外部
改質型の燃料電池とすれば、上述した燃料電池の直列配
置に伴う優れた効果のほかに、上流側の間接内部改質型
燃料電池では除熱のためのガス量が更に少なくなるので
、上記の効果は更に増大する。下流側のアノードには、
上′流側のアノードでの反応により生成されたＣＯ□と
Ｈ２Ｃが多く入ることになるので、アノード入口で炭素
析出反応を起こしにくくなり、Ｓ／Ｃをより小さくする
ことができる。更に、上流側の燃料電池を外部改質型の
ものとして、下流側の間接内部改質型燃料電池と直列接
続した構成とすると、燃料電池を直列配置した前記した
優れた諸効果のほかに、下流側の燃料電池で発生した熱
を内部改質による吸熱によって除去できることから、カ
ソード排ガスの顕熱利用を少なくできて、下流側のカソ
ードに入るガスを冷却するための冷却器を省略できると
共に、下流側のカソードの出１−］温度を入［］温度よ
りも下げることかできて、電解質のロスを防ぐ上で有効
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の一実
施例の概略を示す系統図、第２図は本発明の他の実施例
の概略を示す系統図、第３図は本発明の更に他の実施例
の概略を示す系統図、第４図は燃料電池の各段セルでの
燃料流量配分の不均一の状態を示す図、第５図は１段の
セルでの燃料の流量配分を示す図、第６図は従来の天然
ガス改質溶融炭酸塩型燃料電池発電システムの系統構成
の一例を示す概略図、第７図は電池運転温度が低いまま
アノード排ガス温度を高くシ、で供給したときに生じる
温度変化を示す図である。 Ｉ、　　ＩＮ・・・間接内部改質型燃料電池、■・・・
燃料電池、１・・・電解質板、２・・・カソード、３・
・・アノード、４・・・改質室、５・・外部改質器、５
ａ・・・改質室、５ｂ・・・燃焼ガス室、６・・・天然
ガス供給ライン、９・・・燃料ガス供給ライン、１０・
・アノード排ガスライン、１１・・・触媒燃焼器、１３
・空気供給ライン、１６・・・空気予熱器、１７・・カ
ソードリ１カスライン、１８・・・リサイクルライン、
１９・・リサイクル用ガスブロワ、Ａ・・・空気、ＮＧ
・・・天然カス（改質原料ガス）、ＦＧ・・燃料ガス。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）間接内部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池を複数個
   設置して直列に接続し、改質原料ガスを上流側の燃料電
   池における改質室、下流側の燃料電池における改質室を
   経て外部改質器の改質室に供給するようにすると共に、
   該外部改質器の改質室出口側と上流側の燃料電池のアノ
   ード入口側とを燃料ガス供給ラインにて接続し、且つ下
   流側の燃料電池のアノードからのアノード排ガスとカソ
   ードからのカソード排ガスの一部を触媒燃焼器を介して
   上記外部改質器の燃焼ガス室入口側に導入するようにし
   てなる構成を有することを特徴とする溶融炭酸塩型燃料
   電池発電装置。
2. （２）間接内部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池と外部改
   質型の溶融炭酸塩型燃料電池を配置して直列に接続し、
   上記間接内部改質型の燃料電池を上流側として、改質原
   料ガスをその燃料電池における改質室を経て外部改質器
   の改質室に供給するようにすると共に、該外部改質器の
   改質室出口側と上流側の燃料電池のアノード入口側とを
   燃料ガス供給ラインにて接続し、且つ下流側の燃料電池
   のアノードからのアノード排ガスとカソードからのカソ
   ード排ガスの一部を触媒燃焼器を介して上記外部改質器
   の燃焼ガス室入口側に導入するようにしてなる構成を有
   することを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池発電装置。
3. （３）外部改質型の溶融炭酸塩型燃料電池と間接内部改
   質型の溶融炭酸塩型燃料電池を配置して直列に接続し、
   上記間接内部改質型の燃料電池を下流側とした請求項（
   ２）記載の溶融炭酸塩型燃料電池発電装置。