JPH0613097A - 固体電解質燃料電池発電装置 - Google Patents

固体電解質燃料電池発電装置

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JPH0613097A
JPH0613097A JP4167439A JP16743992A JPH0613097A JP H0613097 A JPH0613097 A JP H0613097A JP 4167439 A JP4167439 A JP 4167439A JP 16743992 A JP16743992 A JP 16743992A JP H0613097 A JPH0613097 A JP H0613097A
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康弘 山内
Satoshi Uchida
聡 内田
Osao Kudome
長生 久留
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Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、冷却用空気の消費量を反応吸熱分
減少させ、ボミングサイクル効率の低下を回避し、更に
装置全体をコンパクト化することを主要な目的とする。 【構成】発電室(21)と、この発電室(21)に設けられ、内
部に燃料極を、外部に空気極を配置した固体電解質燃料
電池を複数直列に接続してなる円筒型のスタック(22)
と、前記スタック(22)へ燃料を供給する燃料供給室(24)
と、前記固体電解質燃料電池で反応した燃料を外部に排
出する燃料排出室(23)と、一端が前記燃料供給室(24)に
連通し、他端が前記スタック(22)の先端まで延出する燃
料供給管(25)と、この燃料供給管(25)に充填された水蒸
気改質触媒(26)と、前記発電室(21)に供給する空気と排
空気との熱交換を行う熱交換器(28)とを具備することを
特徴とする固体電解質燃料電池発電装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、固体電解質燃料電池
発電装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】メタンを主成分とする天然ガスと水蒸気
を高温固体電解質燃料電池の燃料極であるニッケル電極
でメタンの水蒸気改質反応を生じさせ、燃料電池で発生
する熱量の一部を水蒸気改質反応の吸熱反応熱として利
用する技術を内部改質技術と言う。しかし、高温固体電
解質燃料電池では作動温度が800℃から1000℃と
高く、水蒸気と天然ガス中のC(炭素)のモル比である
S/C比が3以上でも燃料極でカーボンの発生が見られ
る。このため、従来固体電解質燃料電池へ燃料を供給す
る前に水蒸気改質反応触媒により部分的に改質反応をお
こした後、高温固体電解質燃料電池に供給している。図
2は、従来の内部改質型固体電解質燃料電池発電装置を
示す。
【0003】図中の1は、発電室を示す。この発電室1
には、内側に空気極,外側に燃料極を配置した固体電解
質燃料電池を複数直列に接続してなる円筒型の高温固体
電解質燃料電池スタック2が配置されている。天然ガス
と水蒸気は水蒸気改質触媒3に供給され、ここでメタン
の大部分が水蒸気と反応し水素と一酸化炭素に分解され
る。この燃料は、高温固体電解質燃料電池スタック2の
外側に供給される。一方、空気は前記発電室1の上方の
空気供給室4に供給された後、空気供給管5を通って各
高温固体電解質燃料電池スタック2に供給される。
【0004】前記高温固体電解質燃料電池スタック2で
は、燃料の85%が反応する。出に電気を発生した燃料
は燃焼室6で高温固体電解質燃料電池スタック2から排
出された空気と混合燃焼する。燃焼排ガスは、燃焼排ガ
ス排気管7を通って水蒸気改質触媒8の反応熱を供給し
発電装置外へ排出される。なお、発電装置全体は断熱材
9で断熱される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
内部改質型固体電解質燃料電池によれば、下記に述べる
問題点を有する。
【0006】(1) 高温固体電解質燃料電池へ燃料供給す
る前に部分的な水蒸気改質反応を起こし反応吸熱させる
と高温固体電解質燃料電池排気ガス温度が低下し、ボト
ミングサイクルの効率が低下する。
【0007】(2) 高温固体電解質燃料電池で発生した熱
が直接内部改質反応吸熱で消費されないので、高温固体
電解質燃料電池の冷却が行われず、冷却用空気の消費量
が減少しない。(3) 高温固体電解質燃料電池発電装置に
内部改質用触媒反応装置が付属するため、発電装置全体
が大きくなる。
【0008】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、冷却用空気の消費量を反応吸熱分減少させる
とともに、ボトミングサイクル効率の低下を回避し、更
に装置全体をコンパクト化しえる固体電解質燃料電池発
電装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、発電室と、
この発電室に設けられ、内側に燃料極を、外側に空気極
を配置した固体電解質燃料電池を複数直列に接続してな
る円筒型のスタックと、前記スタックへ燃料を供給する
燃料供給室と、前記固体電解質燃料電池で反応した燃料
を外部に排出する燃料排出室と、一端が前記燃料供給室
に連通し、他端が前記スタックの先端まで延出する燃料
供給管と、この燃料供給管に充填された水蒸気改質触媒
と、前記発電室に供給する空気と排空気との熱交換を行
う熱交換器とを具備することを特徴とする固体電解質燃
料電池発電装置である。
【0010】
【作用】この発明の発電装置において、天然ガス,水蒸
気等の燃料は燃料供給室で燃料排出室を通して発電室か
ら輻射と熱伝導、対流熱伝導で約500℃に加熱された
後、燃料供給管を通って各高温固体電解質燃料電池スタ
ックへ供給される。この際、燃料供給管内で水蒸気改質
反応が起き、天然ガスの主成分であるメタンが水蒸気と
反応し、水素と一酸化炭素に変化する。このときの反応
は吸熱反応であり、反応熱は排燃料による対流伝熱と発
電室21の固体電解質燃料電池の発熱により賄われる。
【0011】一方、前記高温固体電解質燃料電池スタッ
クには空気が排空気との熱交換を行う熱交換器で700
℃まで加熱され発電室に供給される。空気中の酸素が固
体電解質燃料電池の反応で消費され、反応に伴う発熱で
発電室の温度は900℃から1000℃へ上がる。排空
気は空気排出管を通って発電装置外へ排出される。
【0012】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図1を参照して
説明する。
【0013】図中の21は、発電室を示す。この発電室21
には、内側に空気極,外側に燃料極を配置した固体電解
質燃料電池を複数直列に接続してなる円筒型の高温固体
電解質燃料電池スタック22が配置されている。前記発電
室21の上方には、燃料排出室23,燃料供給室24が順次設
けられている。前記高温固体電解質燃料電池スタック22
には、一端が前記燃料供給室24に連通する燃料供給管25
が設けられている。前記燃料供給管25内には、ニッケル
をアルミナ担持体中に分散させた粒状の水蒸気改質触媒
26が充填されている。前記発電室21には、空気排出管27
を介して空気熱交換器28が接続されている。発電装置全
体は断熱材29で断熱される。
【0014】こうした構成の固体電解質燃料電池発電装
置において、天然ガスと水蒸気は燃料供給室24で燃料排
出室23を通して発電室21から輻射と熱伝導、対流熱伝導
で約500℃に加熱された後、燃料供給管25を通って各
高温固体電解質燃料電池スタック22へ供給される。この
際、燃料供給管25内で水蒸気改質反応が起き、天然ガス
の主成分であるメタンが水蒸気と反応し、水素と一酸化
炭素に変化する。このときの反応は吸熱反応であり、反
応熱は排燃料による対流伝熱と発電室21の固体電解質燃
料電池の発熱により賄われる。
【0015】一方、前記高温固体電解質燃料電池スタッ
ク22には空気が排空気との熱交換を行う熱交換器28で7
00℃まで加熱され発電室21に供給される。空気中の酸
素が固体電解質燃料電池の反応で消費され、反応に伴う
発熱で発電室21の温度は900℃から1000℃へ上が
る。排空気は空気排出管27を通って発電装置外へ排出さ
れる。しかして、上記実施例に係る内部改質型固体電解
質燃料電池発電装置によれば、以下に述べる利点を有す
る。
【0016】(1) 高温固体電解質燃料電池の各スタック
22の内部に燃料供給管25が配置されているため、水蒸気
改質反応吸熱により高温固体電解質燃料電池スタック22
が直接冷却され、冷却用空気の消費量が反応吸熱分減少
する。
【0017】(2) 高温固体電解質燃料電池出口の排ガス
温度は、水蒸気改質反応吸熱分冷却空気量が減少するの
で、全体の熱収支に変化が無く水蒸気改質反応をさせな
いシステムと同じ温度にすることができ、ボトミングサ
イクル効率の低下が無い。 (3) 改質触媒を、燃料供給管内部に充填するために触媒
を充填する特別なスペースが不要で、装置全体の大きさ
が変わらない。
【0018】なお、上記実施例では、ニッケルをアルミ
ナ担持体中に分散させた粒状の水蒸気改質触媒を用いた
場合についてが、これに限定されないことは勿論のこと
である。
【0019】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
冷却用空気の消費量を反応吸熱分減少させるとともに、
ボトミングサイクル効率の低下を回避し、更に装置全体
を従来に比べてコンパクト化しえる固体電解質燃料電池
発電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係る固体電解質燃料電池
発電装置の説明図。
【図2】従来の固体電解質燃料電池発電装置の説明図。
【符号の説明】
21…発電室、22…固体電解質燃料電池スタック、2
3…燃料排出室、24…燃料供給室、25…燃料供給
管、26…水蒸気改質触媒、27…空気排出管、28…
空気熱交換器、29…断熱材。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発電室と、この発電室に設けられ、内側
    に燃料極を、外側に空気極を配置した固体電解質燃料電
    池を複数直列に接続してなる円筒型のスタックと、前記
    スタックへ燃料を供給する燃料供給室と、前記固体電解
    質燃料電池で反応した燃料を外部に排出する燃料排出室
    と、一端が前記燃料供給室に連通し、他端が前記スタッ
    クの先端まで延出する燃料供給管と、この燃料供給管に
    充填された水蒸気改質触媒と、前記発電室に供給する空
    気と排空気との熱交換を行う熱交換器とを具備すること
    を特徴とする固体電解質燃料電池発電装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998021776A1 (de) * 1996-11-12 1998-05-22 Forschungszentrum Jülich GmbH Brennstoffzelle mit integriertem reformer
JP2002280050A (ja) * 2001-03-21 2002-09-27 Toto Ltd 燃料電池発電装置
US7579501B2 (en) 2001-11-08 2009-08-25 Mitsubishi Chemical Corporation Composite oxide catalyst and method of producing the same

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EP2343123A2 (en) 2001-11-08 2011-07-13 Mitsubishi Chemical Corporation Method for preparation of a composite oxide catalyst
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