JPH04332475A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原燃料ガスを脱硫する
脱硫器と、前記脱硫器により脱硫処理した脱硫ガスを加
熱処理して改質する改質器と、前記改質器により改質処
理した改質ガスを変成する変成器と、前記変成器により
変成処理した変成ガスを燃料ガスとして発電する燃料電
池発電部と、前記燃料電池発電部からの燃料排ガスを改
質用加熱源として前記改質器に供給する改質用リサイク
ルガス路と、前記変成器により変成処理した変成ガスを
脱硫用リサイクルガスとして原燃料ガス供給とともに前
記脱硫器に供給する脱硫用リサイクルガス路とを設けた
燃料電池発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる燃料電池発電装置においては、原
燃料ガスを改質器で改質処理し、例えば水素ガスを主成
分とする発電用の燃料ガスにするのであるが、その改質
処理の際に、原燃料ガスに含有されている硫黄分により
、改質器に内蔵されている改質触媒が被毒されるのを防
止するために、改質器の前段に脱硫器を設けて、原燃料
ガスを脱硫し、その脱硫ガスを改質器に供給するように
している。その脱硫器は、原燃料ガスとともに水素ガス
を主成分とする脱硫用リサイクルガスを供給し、水素ガ
スと原燃料ガス中の硫黄分を反応させて脱硫するように
構成している。図２に示すように、従来は、脱硫用リサ
イクルガスを脱硫器に供給するに、変成器４から燃料電
池発電部６に至る燃料ガス供給路７に脱硫用リサイクル
ガス路１４を接続し、改質器２で改質処理するとともに
変成器４で変成処理して水素ガスが主成分となった変成
ガスの一部を、脱硫用リサイクルガスとして、原燃料ガ
スとともに脱硫器１に供給するよう構成していた。また
、改質器２の改質用加熱源として、燃料電池発電部６か
らの燃料排ガスの全量を、改質用リサイクルガス路１８
を通じて改質器２に供給するように構成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる燃料電池発電装
置は、一般に、図３に示すように、水素利用率が低いほ
どセル電圧が高くなる、即ち、発電効率が高くなり、逆
に、水素利用率が高くなると発電効率が低くなる特性が
ある。水素利用率が低いということは、水素ガスを主成
分とする燃料ガスの利用率が低いということであり、燃
料ガスの利用率が低いということは、即ち、燃料電池発
電部に供給する燃料ガスの供給量が多いということにな
る。このことを言い換えると、燃料電池発電部に供給す
る燃料ガスの供給量が多いほど、燃料電池発電装置の発
電効率が高くなるということになる。しかしながら、上
記従来の燃料電池発電装置では、燃料ガスとして燃料電
池発電部に供給する変成ガスの一部を、脱硫用リサイク
ルガスとして用いているため、燃料電池発電部に供給す
る燃料ガスの供給量が少なくなり、その結果、水素利用
率が高くなって、発電効率が低くなるという問題があっ
た。また、かかる燃料電池発電装置は、図２に示すよう
に、改質器２に改質処理用の水蒸気を供給するため、水
蒸気分離器１０を脱硫ガス供給路３に水蒸気供給路１１
で接続し、また、水蒸気分離器１０の高温排熱を冷暖房
用あるいは給湯用の熱源として回収するため、水蒸気分
離器１０を排熱回収装置２０に排熱回収用水蒸気供給路
２１で接続している。しかしながら、上記従来の燃料電
池発電装置では、脱硫用リサイクルガスとして、水蒸気
が殆ど含まれていない変成ガスを用いているので、脱硫
用リサイクルガスの供給により、改質処理用の水蒸気の
一部が原燃料ガスに補給されるということがない。従っ
て、改質器２における改質処理に必要な水蒸気は、全て
水蒸気分離器１０から供給しなければならないので、そ
の分、排熱回収用に使用できる水蒸気の量が少なくなる
ため、排熱回収効率が低いという問題もあった。また、
かかる燃料電池発電装置は、改質器における脱硫ガスの
改質率の向上を図るため及び改質器の過熱による損傷を
回避するために、改質器の温度を所定の範囲に維持する
必要がある。しかしながら、上記従来の燃料電池発電装
置では、改質用加熱源として改質器に供給する燃料電池
発電部からの燃料排ガスの供給量を制御すると、それに
伴って、燃料電池発電部への燃料ガスの供給量が変動す
るため、改質器の温度制御が難しいという問題もあった
。本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、
その第１目的は燃料電池発電装置の発電効率の向上を図
る点、第２目的は排熱回収効率の向上を図る点、及び、
第３目的は改質器の温度制御の向上を図るとともに燃料
電池発電装置を適正な状態で運転できるようにする点、
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による燃料電池発
電装置の第１特徴構成は、前記燃料電池発電部からの燃
料排ガスを前記脱硫用リサイクルガスとして前記脱硫器
に供給するように、前記脱硫用リサイクルガス路を前記
燃料電池発電部からの燃料排ガス路に接続してある点に
ある。

【０００５】

【作用】上記特徴構成によれば、燃料電池発電部からの
燃料排ガスを脱硫用リサイクルガスとして用いるので、
変成器で変成処理した水素ガスを主成分とする変成ガス
の全量を、燃料ガスとして、燃料電池発電部に供給する
ことができる。例えば、図３に示すように、水素利用率
が概ね７０〜８０％になるような供給量の燃料ガスを燃
料電池発電部に供給すると、供給された燃料ガス中の水
素ガスの７０〜８０％が発電のために使用され、残りの
２０〜３０％の水素ガスを含む燃料ガスが燃料排ガスと
して排出されるのであり、その燃料排ガスを有効利用し
て、脱硫用リサイクルガスとして脱硫器に供給するよう
にしてあるので、変成器で変成処理した変成ガスの全量
を、燃料ガスとして、燃料電池発電部に供給することが
できる。また、燃料排ガスには水蒸気が多く含まれてお
り、その燃料排ガスを脱硫用リサイクルガスとして用い
ているので、脱硫用リサイクルガスの供給により、改質
処理用の水蒸気の一部を原燃料ガスに補給することがで
きるので、その分、水蒸気分離器から改質器に供給する
水蒸気の供給量を低減することができる。

【０００６】

【発明の効果】その結果、原燃料の供給量が従来装置と
同じであっても、従来装置に比して、多量の燃料ガスを
燃料電池発電部に供給することができるようになって、
燃料電池発電部における水素利用率を低くすることがで
きるようになり、従って、燃料電池発電装置の発電効率
を向上し得るに至った。また、水蒸気分離器から改質器
に供給する水蒸気の供給量を低減できることから、排熱
回収用に使用できる水蒸気の量を増大することができる
ようになって、排熱回収効率を向上し得るに至った。

【０００７】（本発明の第２特徴構成）本発明による燃
料電池発電装置の第２の特徴構成は、前記改質器の温度
を検出する温度検出手段を設け、前記温度検出手段の検
出情報に基づき、前記改質器の温度を設定範囲内に維持
するように、前記改質用リサイクルガス路により前記改
質器に供給する前記燃料排ガスの供給量を制御する制御
手段を設けてあることにあり、この第２の特徴構成によ
れば、改質器の温度を設定範囲内に維持できるようにな
るとともに、そのために、改質器に供給する燃料排ガス
の供給量を制御しても、その制御に伴う燃料排ガスの供
給量の変動分は、脱硫器に脱硫用リサイクルガスとして
供給する燃料排ガスの供給量が変動することで相殺され
るので、燃料電池発電部へ供給する燃料ガスの供給量は
変動することがない。その結果、改質器の温度制御を向
上し得るとともに、燃料電池発電装置を常に適正状態で
運転できるようになった。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図１に基づいて説
明する。脱硫器１で脱硫処理した脱硫ガスを改質器２に
供給するように、改質器２に脱硫器１を脱硫ガス供給路
３で接続し、改質器２で改質処理した改質ガスを変成器
４に供給するように、変成器４に改質器２を改質ガス供
給路５で接続し、変成器４で変成処理した水素ガスを主
成分とする変成ガスを、燃料ガスとして燃料電池発電部
６に供給するように、燃料電池発電部６に変成器４を燃
料ガス供給路７で接続し、並びに、送風機８からの空気
を燃料電池発電部６に供給するように、燃料電池発電部
６に送風機８を空気供給路９で接続し、そして、燃料電
池発電部６における燃料ガス中の水素と空気中の酸素と
による電気化学反応によって、燃料電池発電部６から電
力を得られるように構成してある。

【０００９】また、改質器２に水蒸気を脱硫ガスととも
に供給するように、水蒸気分離器１０を脱硫ガス供給路
３に水蒸気供給路１１で接続し、並びに、燃料電池発電
部６を水冷できるように、水蒸気分離器１０を燃料電池
発電部６にポンプ１２を介装した冷却水循環路１３で接
続してある。

【００１０】また、水蒸気分離器１０の高温排熱を冷暖
房用あるいは給湯用の熱源として回収するため、水蒸気
分離器１０を排熱回収装置２０に排熱回収用水蒸気供給
路２１で接続している。

【００１１】また、燃料電池発電部６からの燃料排ガス
を脱硫用リサイクルガスとして原燃料ガスとともに脱硫
器１に供給するように、脱硫用リサイクルガス路１４を
、燃料電池発電部６からの燃料排ガス路１５と原燃料ガ
ス供給路１６とに接続し、並びに、燃料電池発電部６か
らの燃料排ガスを、改質用加熱源として改質器２のバー
ナ１７に供給するように、バーナ１７に燃料排ガス路１
５を改質用リサイクルガス路１８で接続してある。

【００１２】脱硫器１は、原燃料ガス供給路１６から供
給した炭化水素系原燃料ガス中の硫黄分と、脱硫用リサ
イクルガス路１４を通じて供給した燃料排ガス中の水素
ガスとを下記のように反応させて硫化水素とし、この硫
化水素を吸着触媒に吸着させて脱硫するように構成して
ある。

【００１３】

【数１】

【００１４】改質器２は、脱硫器１で脱硫処理した後、
脱硫ガス供給路３から供給した脱硫ガスと、水蒸気供給
路１１を通じて供給した水蒸気とを、改質用リサイクル
路１８を通じてバーナ１７に供給した燃料排ガスを燃焼
させて得られた熱により、下記のように反応させて改質
処理をするように構成してある。

【００１５】

【数２】

【００１６】また、１９は脱硫用リサイクル路１４に介
装した流量制御バルブであり、２２は、改質器２の温度
を検出する温度検出手段である。２３は、改質器２の温
度を設定範囲内に維持するように、温度検出手段２２の
検出情報に基づいて、流量制御バルブ１９を制御するこ
とにより、改質用リサイクルガス路１８により改質器２
に供給する燃料排ガスの供給量を制御する制御手段であ
る。

【００１７】変成器４は、改質器２で改質処理した後、
改質ガス供給路５から供給した改質ガス中の一酸化炭素
ガスを、下記のように反応させて変成処理をするように
構成してある。

【００１８】

【数３】

【００１９】燃料電池発電部６は、変成器４で変成処理
した後、燃料ガス供給路７から燃料ガスとして供給した
変成ガス中の水素と、空気供給路９から供給した空気中
の酸素とを反応させて、電力が得られるように構成して
ある。

【００２０】そして、燃料電池発電部６において、燃料
ガス中の水素ガスの７０〜８０％が発電のために使用さ
れ、残りの２０〜３０％の水素ガスを含む燃料排ガスを
、脱硫用リサイクル路１４を通じて、脱硫用リサイクル
ガスとして脱硫器１に供給するとともに、改質用リサイ
クル路１８を通じて、改質用加熱源として改質器２のバ
ーナ１７に供給するよう構成してある。

【００２１】尚、脱硫器１、改質器２、変成器４、燃料
電池発電部６、及び、水蒸気分離器１０の具体構成、そ
の他において、燃料電池発電装置の具体構成は各種の公
知構成から適当に選定できる。

【００２２】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池発電装置の概略構成図

【図２】従来の
燃料電池発電装置の概略構成図

【図３】燃料電池発電装
置の水素利用率とセル電圧の関係を示す図

【符号の説明】

１　　　　脱硫器 ２　　　　改質器 ４　　　　変成器 ６　　　　燃料電池発電部 １４　　脱硫用リサイクル路 １５　　燃料排ガス路 １８　　改質用リサイクル路 ２２　　温度検出手段 ２３　　制御手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　原燃料ガスを脱硫する脱硫器（１）と
   、前記脱硫器（１）により脱硫処理した脱硫ガスを加熱
   処理して改質する改質器（２）と、前記改質器（２）に
   より改質処理した改質ガスを変成する変成器（４）と、
   前記変成器（４）により変成処理した変成ガスを燃料ガ
   スとして発電する燃料電池発電部（６）と、前記燃料電
   池発電部（６）からの燃料排ガスを改質用加熱源として
   前記改質器（２）に供給する改質用リサイクルガス路（
   １８）と、前記変成器（４）により変成処理した変成ガ
   スを脱硫用リサイクルガスとして原燃料ガス供給ととも
   に前記脱硫器（１）に供給する脱硫用リサイクルガス路
   （１４）とを設けた燃料電池発電装置であって、前記燃
   料電池発電部（６）からの燃料排ガスを前記脱硫用リサ
   イクルガスとして前記脱硫器（１）に供給するように、
   前記脱硫用リサイクルガス路（１４）を前記燃料電池発
   電部（６）からの燃料排ガス路（１５）に接続してある
   燃料電池発電装置。
2. 【請求項２】　　前記改質器（２）の温度を検出する温
   度検出手段（２２）を設け、前記温度検出手段（２２）
   の検出情報に基づき、前記改質器（２）の温度を設定範
   囲内に維持するように、前記改質用リサイクルガス路（
   １８）により前記改質器（２）に供給する前記燃料排ガ
   スの供給量を制御する制御手段（２３）を設けてある請
   求項１記載の燃料電池発電装置。