JPH0831334B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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- JPH0831334B2 JPH0831334B2 JP7419989A JP7419989A JPH0831334B2 JP H0831334 B2 JPH0831334 B2 JP H0831334B2 JP 7419989 A JP7419989 A JP 7419989A JP 7419989 A JP7419989 A JP 7419989A JP H0831334 B2 JPH0831334 B2 JP H0831334B2
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は燃料電池システム、特に内部改質を使用する
燃料電池システムに関する。
燃料電池システムに関する。
米国特許第4,532,192号明細書は水素燃料プロセスガ
スを最大限に利用するために適合する内部改質燃料電池
システムを開示している。これは前記システム中にアノ
ード装置（anode means）及びカソード装置（cathode m
eans）を備え、且つ前記システムの燃料電池のアノード
区画（anode compartment）からの廃ガスを前記アノー
ド装置へ供給するガス移送装置を組込むことにより達成
される。この廃ガスは通常未使用水素、水、少量の一酸
化炭素及びメタン（メタンが燃料供給物である場合）及
び二酸化炭素を通常含有してなる。
スを最大限に利用するために適合する内部改質燃料電池
システムを開示している。これは前記システム中にアノ
ード装置（anode means）及びカソード装置（cathode m
eans）を備え、且つ前記システムの燃料電池のアノード
区画（anode compartment）からの廃ガスを前記アノー
ド装置へ供給するガス移送装置を組込むことにより達成
される。この廃ガスは通常未使用水素、水、少量の一酸
化炭素及びメタン（メタンが燃料供給物である場合）及
び二酸化炭素を通常含有してなる。
前記移送装置のアノード装置とカソード装置の間に電
圧を印加することにより、供給される廃ガス中の水素は
前記移送装置のカソード装置へ移動し、該廃ガス中の他
の成分は除かれる。この移動した水素は第１流を形成
し、次に、この第１流はメタン燃料供給物と併合され、
この併合されたガス類をスチーム改質及び電気化学的反
応のために燃料電池のアノード区画へ供給する。
圧を印加することにより、供給される廃ガス中の水素は
前記移送装置のカソード装置へ移動し、該廃ガス中の他
の成分は除かれる。この移動した水素は第１流を形成
し、次に、この第１流はメタン燃料供給物と併合され、
この併合されたガス類をスチーム改質及び電気化学的反
応のために燃料電池のアノード区画へ供給する。
また、米国特許第4,532,192号明細書のシステムは水
素を取り出した後に残存する成分をも利用するものであ
る。これらの成分は第２流を形成し、まず、コンデンサ
ーを通過させて水成分を除去する。次に、除去された水
はスチーム改質操作を促進するために使用される。これ
は水を第１流と併合し、併合したガス類をメタン燃料供
給物へ添加することにより達成される。
素を取り出した後に残存する成分をも利用するものであ
る。これらの成分は第２流を形成し、まず、コンデンサ
ーを通過させて水成分を除去する。次に、除去された水
はスチーム改質操作を促進するために使用される。これ
は水を第１流と併合し、併合したガス類をメタン燃料供
給物へ添加することにより達成される。
次に、水不在の第２流をバーナーへ供給し、オキシダ
ント供給物からのオキシダントにより燃焼して任意の残
留水素を除去する。この段階で相当量の二酸化炭素を含
む得られたオキシダントガスを次にオキシダントプロセ
スガスとして燃料電池のカソード区画（cathode compar
tment）へ供給する。
ント供給物からのオキシダントにより燃焼して任意の残
留水素を除去する。この段階で相当量の二酸化炭素を含
む得られたオキシダントガスを次にオキシダントプロセ
スガスとして燃料電池のカソード区画（cathode compar
tment）へ供給する。
前記米国特許明細書の上述のシステムは燃料電池廃ガ
ス中の水素の利用量を増加し且つシステムの性能を高め
るように該廃ガス中の水及び二酸化炭素を利用するため
に有利である。しかし、前記システムは、大形コンデン
サーや熱交換器を使用しなければならないから、それら
を除去するか、または寸法を縮小し且つ数を低減すれば
更に前記米国特許の利点を高めることができる。
ス中の水素の利用量を増加し且つシステムの性能を高め
るように該廃ガス中の水及び二酸化炭素を利用するため
に有利である。しかし、前記システムは、大形コンデン
サーや熱交換器を使用しなければならないから、それら
を除去するか、または寸法を縮小し且つ数を低減すれば
更に前記米国特許の利点を高めることができる。
従って、本発明の目的は上述のタイプの改善された内
部改質燃料電池システムを提供することにある。
部改質燃料電池システムを提供することにある。
本発明の他の目的はコンデンサー及び熱交換器の必要
性を低減した上述のタイプの内部改質燃料電池システム
を提供することにある。
性を低減した上述のタイプの内部改質燃料電池システム
を提供することにある。
発明の概要 本発明の原理によれば、上述の目的及び他の目的は、
燃料供給装置からの燃料を燃料電池のアノード区画へ供
給する前にガス移送装置のカソード装置を介して供給す
ることからなる上述のタイプの内部改質燃料電池システ
ムにおいて実現する。燃料をカソード装置へ上述のよう
に供給することにより、燃料電池アノード廃ガス（第１
廃ガス）中の水の一部並びに実質上全ての水素が該移送
装置のカソード装置へ送られ、前記水の量は供給される
燃料に応じて制御できることを見出した。
燃料供給装置からの燃料を燃料電池のアノード区画へ供
給する前にガス移送装置のカソード装置を介して供給す
ることからなる上述のタイプの内部改質燃料電池システ
ムにおいて実現する。燃料をカソード装置へ上述のよう
に供給することにより、燃料電池アノード廃ガス（第１
廃ガス）中の水の一部並びに実質上全ての水素が該移送
装置のカソード装置へ送られ、前記水の量は供給される
燃料に応じて制御できることを見出した。
結果として、ガス移送装置のアノード廃ガスからの流
れ（第１流）は燃料供給物をも含有して燃料電池へ使用
されるから、該第１流自体は燃料電池のアノード区画で
必要なスチーム改質を促進するための水を含有すること
になり、それによって、第１流と併合するために該移送
装置のアノード装置の残留成分（第２流）からの水を得
るためのこれまで使用されていたコンデンサーは除去さ
れ、また、除去されない場合でも顕著に小さい寸法とな
る。更に、燃料供給装置からの燃料をガス移送装置のカ
ソード装置へ供給することにより該移送装置の電力必要
量が低減される。それによって、システムの全コストが
低下すると同時に、システムの効率が上昇する。
れ（第１流）は燃料供給物をも含有して燃料電池へ使用
されるから、該第１流自体は燃料電池のアノード区画で
必要なスチーム改質を促進するための水を含有すること
になり、それによって、第１流と併合するために該移送
装置のアノード装置の残留成分（第２流）からの水を得
るためのこれまで使用されていたコンデンサーは除去さ
れ、また、除去されない場合でも顕著に小さい寸法とな
る。更に、燃料供給装置からの燃料をガス移送装置のカ
ソード装置へ供給することにより該移送装置の電力必要
量が低減される。それによって、システムの全コストが
低下すると同時に、システムの効率が上昇する。
本発明の他の面において、燃料電池システムは燃料供
給物中の不純物（メタンが燃料の場合には主として硫
黄）を除去するための装置を備えており、ガス移送装置
は精製装置の温度と非常に近い温度で運転される。それ
故、該移送装置の運転範囲内で燃料供給を行なうために
通常使用される熱交換器の必要性もまた低減する。更
に、硫黄不純物を除去するために必要な水素はガス移送
装置から供給することができ、それによって別個の水素
供給源の必要性を回避する。
給物中の不純物（メタンが燃料の場合には主として硫
黄）を除去するための装置を備えており、ガス移送装置
は精製装置の温度と非常に近い温度で運転される。それ
故、該移送装置の運転範囲内で燃料供給を行なうために
通常使用される熱交換器の必要性もまた低減する。更
に、硫黄不純物を除去するために必要な水素はガス移送
装置から供給することができ、それによって別個の水素
供給源の必要性を回避する。
発明の詳細な記載 第１図は本発明の原理による燃料電池システム（１）
を示すものである。この燃料電池システムはアノード区
画（2a）及びカソード区画（2b）を備える高温燃料電池
（２）［すなわち高温燃料電池は316℃（600゜F）以上
の温度で運転される］からなる。
を示すものである。この燃料電池システムはアノード区
画（2a）及びカソード区画（2b）を備える高温燃料電池
（２）［すなわち高温燃料電池は316℃（600゜F）以上
の温度で運転される］からなる。
また、高温燃料電池（２）は内部改質タイプの電池で
あり、これは燃料供給装置（３）からの炭化水素燃料を
内部で改質して水素プロセスガスを形成することを意味
するものである。説明のために、この改質はアノード区
画（2a）で行なうものと仮定するが、例えばアノード区
画から隔離された区画のような、燃料電池中の他の場所
で行なうこともできる。また、説明のために、高温燃料
電池（２）は溶融炭酸塩燃料電池であるものと仮定する
が、本発明の原理は例えば固体酸化物燃料電池のような
他の高温燃料電池へ適用することができる。
あり、これは燃料供給装置（３）からの炭化水素燃料を
内部で改質して水素プロセスガスを形成することを意味
するものである。説明のために、この改質はアノード区
画（2a）で行なうものと仮定するが、例えばアノード区
画から隔離された区画のような、燃料電池中の他の場所
で行なうこともできる。また、説明のために、高温燃料
電池（２）は溶融炭酸塩燃料電池であるものと仮定する
が、本発明の原理は例えば固体酸化物燃料電池のような
他の高温燃料電池へ適用することができる。
燃料供給装置（３）は燃料電池システム（１）により
高温燃料電池（２）のアノード区画（2a）送られる燃料
を送出す。燃料供給装置（３）からの燃料は、例えばメ
タン、メタノール、エタノールまたは天然ガスのような
任意の炭化水素装入原料であることができるが、本発明
においてはメタンであると仮定する。アノード区画（2
a）中でメタンは上述のように改質され且つ電気化学的
反応を受ける。これは未使用水素、水、少量のメタン及
び一酸化炭素及び多量のに二酸化炭素を含有するアノー
ド廃棄物すなわち第１廃ガスを生ずる。
高温燃料電池（２）のアノード区画（2a）送られる燃料
を送出す。燃料供給装置（３）からの燃料は、例えばメ
タン、メタノール、エタノールまたは天然ガスのような
任意の炭化水素装入原料であることができるが、本発明
においてはメタンであると仮定する。アノード区画（2
a）中でメタンは上述のように改質され且つ電気化学的
反応を受ける。これは未使用水素、水、少量のメタン及
び一酸化炭素及び多量のに二酸化炭素を含有するアノー
ド廃棄物すなわち第１廃ガスを生ずる。
米国特許第4,532,192号明細書に記載するように、燃
料電池システム（１）はこの第１廃ガスを移送装置
（４）のアノード装置（4a）へ移動させる。この移送装
置は米国特許第4,532,192号及び／または同第4,620,914
号明細書に開示されているようなタイプのものである。
本発明において、移送装置（４）はリン酸電気化学的移
送装置であり、アノード装置（4a）に加えてカソード装
置（4b）、アノード装置（4a）及びカソード装置（4b）
に電圧を印加するための電圧供給源（4d）及び可変負荷
（4e）を含む。
料電池システム（１）はこの第１廃ガスを移送装置
（４）のアノード装置（4a）へ移動させる。この移送装
置は米国特許第4,532,192号及び／または同第4,620,914
号明細書に開示されているようなタイプのものである。
本発明において、移送装置（４）はリン酸電気化学的移
送装置であり、アノード装置（4a）に加えてカソード装
置（4b）、アノード装置（4a）及びカソード装置（4b）
に電圧を印加するための電圧供給源（4d）及び可変負荷
（4e）を含む。
米国特許第4,532,192号明細書に記載するように、前
記廃ガス中の水素以外の成分を除外するために、該廃ガ
スを移送装置（４）のアノード装置（4a）を通すと、前
記廃ガス中の水素成分は電解槽のカソード装置（4b）へ
移動して第１流を形成する。次に、この第１流は燃料電
池システム（１）によりリサイクルされて燃料電池
（２）のアノード区画（2a）へ再循環され、それによっ
てこれまで未使用であった水素を電気化学的転化のため
に燃料電池（２）で利用することができる。従って、水
素の利用量の増加が実現する。
記廃ガス中の水素以外の成分を除外するために、該廃ガ
スを移送装置（４）のアノード装置（4a）を通すと、前
記廃ガス中の水素成分は電解槽のカソード装置（4b）へ
移動して第１流を形成する。次に、この第１流は燃料電
池システム（１）によりリサイクルされて燃料電池
（２）のアノード区画（2a）へ再循環され、それによっ
てこれまで未使用であった水素を電気化学的転化のため
に燃料電池（２）で利用することができる。従って、水
素の利用量の増加が実現する。
米国特許第4,532,192号明細書において、水素の移動
後に移送装置のアノード装置（4a）から取出された残留
成分類は第２流を形成する。この第２流はコンデンサー
へ送られて水を除去し、水の１部は第１流と併合され、
燃料の改質を促進し且つ炭素の析出を防止するために燃
料電池（２）のアノード区画（2a）へ送られる。
後に移送装置のアノード装置（4a）から取出された残留
成分類は第２流を形成する。この第２流はコンデンサー
へ送られて水を除去し、水の１部は第１流と併合され、
燃料の改質を促進し且つ炭素の析出を防止するために燃
料電池（２）のアノード区画（2a）へ送られる。
本発明の原理によれば、米国特許第4,532,192号明細
書のシステムの上述のようなコンデンサーの必要性は除
去されるか、除去されない場合にもコンデンサーの必要
性は大きく低減される。更に詳細には、本発明によれ
ば、アノード装置（4a）へ送られた上述の第１廃ガス中
の水を、水素と共にカソード装置（4b）へ調節可能に、
送ることにより達成される。特に、燃料供給装置（３）
からの燃料を水素移動操作中にカソード装置（4b）を通
すことにより、所望の水移動が燃料の量に対応して制御
可能な方法で行なわれることを見出した。
書のシステムの上述のようなコンデンサーの必要性は除
去されるか、除去されない場合にもコンデンサーの必要
性は大きく低減される。更に詳細には、本発明によれ
ば、アノード装置（4a）へ送られた上述の第１廃ガス中
の水を、水素と共にカソード装置（4b）へ調節可能に、
送ることにより達成される。特に、燃料供給装置（３）
からの燃料を水素移動操作中にカソード装置（4b）を通
すことにより、所望の水移動が燃料の量に対応して制御
可能な方法で行なわれることを見出した。
本発明の燃料電池システム（１）において、ガス移送
装置（４）のカソード装置（4b）からの第１流は予め未
使用水素、水及び燃料を含有している。この流れを燃料
電池（２）のアノード区画（2a）へ送ると、それによっ
て同伴する燃料の改質を促進するために望ましい水がこ
の流れ中に自動的に存在する。これによって、上述のよ
うな目的に必要であるコンデンサー、及びアノード装置
（4a）から生ずる第２流から水を除去することはもはや
必要でなくなる。
装置（４）のカソード装置（4b）からの第１流は予め未
使用水素、水及び燃料を含有している。この流れを燃料
電池（２）のアノード区画（2a）へ送ると、それによっ
て同伴する燃料の改質を促進するために望ましい水がこ
の流れ中に自動的に存在する。これによって、上述のよ
うな目的に必要であるコンデンサー、及びアノード装置
（4a）から生ずる第２流から水を除去することはもはや
必要でなくなる。
第１図に示すように、燃料電池システム（１）の本発
明の例示的実施態様において、燃料供給装置（３）から
の燃料は加熱され、精製され且つガス移送装置（４）に
適した温度へ冷却された後に、該移送装置のカソード装
置（4b）へ供給される。特に、燃料は第１熱交換器
（５）、第２熱交換器（６）、燃料精製装置（７）へ送
られ、第１熱交換器（５）に戻り、次にカソード装置
（4b）へ送られる。
明の例示的実施態様において、燃料供給装置（３）から
の燃料は加熱され、精製され且つガス移送装置（４）に
適した温度へ冷却された後に、該移送装置のカソード装
置（4b）へ供給される。特に、燃料は第１熱交換器
（５）、第２熱交換器（６）、燃料精製装置（７）へ送
られ、第１熱交換器（５）に戻り、次にカソード装置
（4b）へ送られる。
本発明の例示的実施態様のように、燃料がメタンであ
る場合には、燃料精製装置（７）は供給燃料から硫黄不
純物を除去するために主に使用される。通常、燃料精製
装置は有機質硫黄類（例えば、phioshones及びメルカプ
テン）を水素により無機質硫黄類（例えば、硫化水素）
へ転化する慣用の水素化脱硫（HDS）装置（7a）と、次
の酸化亜鉛を利用して前記無機質硫黄を除去するための
洗浄装置（7b）よりなることができる。好都合には、本
発明の燃料電池システムにおいて、HDS装置（7a）用の
水素はガス移送装置のカソード装置（4b）から取り出さ
れるガス流から誘導される。
る場合には、燃料精製装置（７）は供給燃料から硫黄不
純物を除去するために主に使用される。通常、燃料精製
装置は有機質硫黄類（例えば、phioshones及びメルカプ
テン）を水素により無機質硫黄類（例えば、硫化水素）
へ転化する慣用の水素化脱硫（HDS）装置（7a）と、次
の酸化亜鉛を利用して前記無機質硫黄を除去するための
洗浄装置（7b）よりなることができる。好都合には、本
発明の燃料電池システムにおいて、HDS装置（7a）用の
水素はガス移送装置のカソード装置（4b）から取り出さ
れるガス流から誘導される。
燃料の経路を追うことにより分かるように、燃料供給
装置（３）からの燃料は第１熱交換器（５）中で予め精
製済の燃料により加熱され、該精製済燃料は移送装置
（４）に適合する温度へ冷却される。加熱された不純物
含有燃料は次に第２熱交換器（６）中で更に加熱され、
その結果燃料は燃料精製装置（７）で必要な温度とな
る。燃料精製装置（７）からの上述のような精製済燃料
は第１熱交換器（５）で冷却され、次に、移送装置
（４）のカソードアノード装置（4b）へ送られる。
装置（３）からの燃料は第１熱交換器（５）中で予め精
製済の燃料により加熱され、該精製済燃料は移送装置
（４）に適合する温度へ冷却される。加熱された不純物
含有燃料は次に第２熱交換器（６）中で更に加熱され、
その結果燃料は燃料精製装置（７）で必要な温度とな
る。燃料精製装置（７）からの上述のような精製済燃料
は第１熱交換器（５）で冷却され、次に、移送装置
（４）のカソードアノード装置（4b）へ送られる。
第２熱交換器（６）を通過する不純物含有燃料用の熱
は、アノード区画（2a）からの第１廃ガスに由来するも
のである。この第１廃ガスは第２熱交換器（６）を通っ
て温度を移送装置（４）に適合するレベルへ低下させ
る。第２熱交換器（６）を通過した後、第１廃ガスは移
送装置（４）のアノード装置（4a）へ直接供給するか
（第１図において点線で示す経路）、または第１廃ガス
中の一酸化炭素を水素及び水に転化する転化装置（11）
へまず送られる。
は、アノード区画（2a）からの第１廃ガスに由来するも
のである。この第１廃ガスは第２熱交換器（６）を通っ
て温度を移送装置（４）に適合するレベルへ低下させ
る。第２熱交換器（６）を通過した後、第１廃ガスは移
送装置（４）のアノード装置（4a）へ直接供給するか
（第１図において点線で示す経路）、または第１廃ガス
中の一酸化炭素を水素及び水に転化する転化装置（11）
へまず送られる。
第２熱交換器（６）を使用する前に、第１廃ガスを他
の熱交換器（９）に送ることによりまず冷却する。熱交
換器（９）において、第１廃ガスは移送装置（４）のカ
ソード装置（4b）からの第１流へ熱を与え、その結果第
１流が燃料電池（２）のアノード区画（2a）へ入る前に
第１流の温度を上昇させる。
の熱交換器（９）に送ることによりまず冷却する。熱交
換器（９）において、第１廃ガスは移送装置（４）のカ
ソード装置（4b）からの第１流へ熱を与え、その結果第
１流が燃料電池（２）のアノード区画（2a）へ入る前に
第１流の温度を上昇させる。
燃料電池システム（１）の説明を完全なものにするた
めに、水及び水素が移動した後にアノード装置（4a）に
残留する成分は第２流を形成する。第２流はバーナー
（15）へ送られ、オキシダント供給装置（12）からの空
気により第２流中の成分は燃焼される。有利なことは、
移送装置中の第２流から水を予め除去することは燃焼操
作を促進し、オキシダント組成を向上する。結果とし
て、バーナー中での二酸化炭素製造も促進される。
めに、水及び水素が移動した後にアノード装置（4a）に
残留する成分は第２流を形成する。第２流はバーナー
（15）へ送られ、オキシダント供給装置（12）からの空
気により第２流中の成分は燃焼される。有利なことは、
移送装置中の第２流から水を予め除去することは燃焼操
作を促進し、オキシダント組成を向上する。結果とし
て、バーナー中での二酸化炭素製造も促進される。
この段階で二酸化炭素に富んだ得られた流れは熱交換
器（14）へ送られ、カソード区画（2b）からの廃ガスに
より冷却される。次に、冷却済の流れはカソード区画へ
リサイクルされて、オキシダント供給装置（12）からの
空気と混合される。好都合には、上述のように移送装置
により流れから水が既に除去されているために、冷却済
の流れからカソード区画への二酸化炭素の移動も増加す
る。
器（14）へ送られ、カソード区画（2b）からの廃ガスに
より冷却される。次に、冷却済の流れはカソード区画へ
リサイクルされて、オキシダント供給装置（12）からの
空気と混合される。好都合には、上述のように移送装置
により流れから水が既に除去されているために、冷却済
の流れからカソード区画への二酸化炭素の移動も増加す
る。
上述のように、本発明の燃焼電池システムにおいて、
移送装置（４）のカソード装置（4b）へ燃料を通過させ
ることにより燃料電池（２）中の改質反応のために水を
誘導するためにこれまで使用されていた水回収装置は除
去される。移送装置（４）のカソード装置（4b）への燃
料の通過はいわゆるネルンストポテンシャルを低下し、
それによって装置の電力必要量を低減するものと思われ
る。それ故、燃料電池システム（１）は装置及びエネル
ギーを余り必要としない。
移送装置（４）のカソード装置（4b）へ燃料を通過させ
ることにより燃料電池（２）中の改質反応のために水を
誘導するためにこれまで使用されていた水回収装置は除
去される。移送装置（４）のカソード装置（4b）への燃
料の通過はいわゆるネルンストポテンシャルを低下し、
それによって装置の電力必要量を低減するものと思われ
る。それ故、燃料電池システム（１）は装置及びエネル
ギーを余り必要としない。
上述から分かるように、カソード装置（4b）へ送られ
る水の量は炭素の形成を防止するのに必要なスチーム量
及び燃料電池（２）のアノード区画（2a）で改質反応を
行なうことができるスチーム必要量に依存する。所望の
スチーム／炭素比は通常１であり、上述の場合には、こ
の比を得るために、水の量は燃料供給量に応じて調節す
ることができる。
る水の量は炭素の形成を防止するのに必要なスチーム量
及び燃料電池（２）のアノード区画（2a）で改質反応を
行なうことができるスチーム必要量に依存する。所望の
スチーム／炭素比は通常１であり、上述の場合には、こ
の比を得るために、水の量は燃料供給量に応じて調節す
ることができる。
本発明の他の面において、燃料電池システム（１）は
必要とする装置の総数を更に低減するために付加的に適
応できる。更に詳細には、燃料電池システム（１）は、
移送装置（４）の運転温度が燃料精製装置（７）の運転
温度にほぼ近い約260℃（500゜F）以上へ上昇させて運
転することができる。その場合には、約260〜316℃（50
0〜600゜F）へ燃料精製装置（７）の運転温度を僅かに
低下させることにより、それら２つの運転温度を充分に
接近させて燃料予熱負担を低減し、燃料供給装置から燃
料精製装置（７）を介して移送装置（４）への燃料電池
システムの支流において第１熱交換器（５）及び第２熱
交換器（６）の２つだけの熱交換器の燃料電池システム
を使用することが可能となる。
必要とする装置の総数を更に低減するために付加的に適
応できる。更に詳細には、燃料電池システム（１）は、
移送装置（４）の運転温度が燃料精製装置（７）の運転
温度にほぼ近い約260℃（500゜F）以上へ上昇させて運
転することができる。その場合には、約260〜316℃（50
0〜600゜F）へ燃料精製装置（７）の運転温度を僅かに
低下させることにより、それら２つの運転温度を充分に
接近させて燃料予熱負担を低減し、燃料供給装置から燃
料精製装置（７）を介して移送装置（４）への燃料電池
システムの支流において第１熱交換器（５）及び第２熱
交換器（６）の２つだけの熱交換器の燃料電池システム
を使用することが可能となる。
従って、再度、燃料電池システムの顕著な簡略化が得
られる。更に、移送装置（４）の運転温度を上昇させる
ことにより、移送装置の効率及び一酸化炭素被毒に対す
る抵抗性を増加することができる。
られる。更に、移送装置（４）の運転温度を上昇させる
ことにより、移送装置の効率及び一酸化炭素被毒に対す
る抵抗性を増加することができる。
全ての場合において、上述の配置は本発明の用途を示
す多数の可能な特異的な配置の単なる説明に過ぎないこ
とを理解されたい。本発明の精神及び範囲を逸脱しない
限り多数の種々の他の配置を本発明の原理に基づいて容
易に案出することができる。
す多数の可能な特異的な配置の単なる説明に過ぎないこ
とを理解されたい。本発明の精神及び範囲を逸脱しない
限り多数の種々の他の配置を本発明の原理に基づいて容
易に案出することができる。
第１図は本発明の原理に基づく内部改質燃料電池システ
ムを示す図である。図中、１……燃料電池システム、２
……燃料電池、2a……アノード区画、2b……カソード区
画、３……燃料供給装置、４……ガス移送装置、4a……
アノード装置、4b……カソード装置、4c……リン酸電解
液、4d……電圧供給源、4e……可変負荷、５……第１熱
交換器、６……第２熱交換器、７……燃料精製装置、7a
……水素化脱硫装置、7b……洗浄装置、９……熱交換
器、12……オキシダント供給装置、14……熱交換器、15
……バーナー。
ムを示す図である。図中、１……燃料電池システム、２
……燃料電池、2a……アノード区画、2b……カソード区
画、３……燃料供給装置、４……ガス移送装置、4a……
アノード装置、4b……カソード装置、4c……リン酸電解
液、4d……電圧供給源、4e……可変負荷、５……第１熱
交換器、６……第２熱交換器、７……燃料精製装置、7a
……水素化脱硫装置、7b……洗浄装置、９……熱交換
器、12……オキシダント供給装置、14……熱交換器、15
……バーナー。
Claims (15)
- 【請求項１】燃料供給装置からの炭化水素燃料を受け入
れる燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システム
が、 （１）燃料プロセスガス流を輸送し且つ水素及び水を含
有する第１廃ガスを発生するアノード区画；オキシダン
トプロセスガスを受け入れ且つ第２廃ガスを発生するカ
ソード区画；および前記燃料及び水の混合物を受け入れ
且つ前記燃料中の炭化水素成分をスチーム改質して燃料
プロセスガス流を造るための内部改質装置を含んでなる
燃料電池、 （２）前記アノード区画からの第１廃ガスを受け入れる
ためのアノード装置；カソード装置；前記アノード装置
及びカソード装置へ電圧を印加するための装置；及び前
記燃料供給装置からカソード装置へ炭化水素燃料を供給
するための装置を備えており、前記印加電圧を駆動力と
して前記アノード装置中の第１廃ガス中の水素を電気化
学反応により前記カソード装置へ移送させると共に、前
記アノード装置中の第１廃ガス中の水を前記カソード装
置へ移送させ、その際前記カソード装置から排出される
ガス中の水分量をモニターしながら前記カソード装置へ
供給される炭化水素燃料の供給量を調節することによ
り、アノード装置中の第１廃ガス中からカソード装置中
へ移送される水の量を制御し、前記カソード装置へ供給
された燃料及びそれと併合された水及び水素を含む成分
類が第１流を形成し且つ前記アノード装置中の残留成分
が第２流を形成するガス移送装置、および （３）前記第１流を前記燃料電池の内部スチーム改質装
置へ送るための装置を備えてなることを特徴とする燃料
電池システム。 - 【請求項２】スチーム改質装置がアノード区画へ組み込
まれている請求項１記載の燃料電池システム。 - 【請求項３】燃料供給装置からの燃料から不純物を除去
する精製装置、及び精製された燃料をカソード装置に送
る装置を含んでなる請求項１記載の燃料電池システム。 - 【請求項４】燃料中の不純物が硫黄である請求項３記載
の燃料電池システム。 - 【請求項５】不純物除去装置が第１流の１部を受け入れ
る請求項４記載の燃料電池システム。 - 【請求項６】燃料供給装置からの燃料と精製済燃料とを
熱交換するための第１熱交換器；前記燃料供給装置から
の燃料と第１廃ガスとを熱交換するための第１熱交換器
に続く第２熱交換器を備えてなる請求項３記載の燃料電
池システム。 - 【請求項７】第１廃ガスを第２熱交換器中で熱交換する
前に、第１流と第１廃ガスとを熱交換するための第３熱
交換器を備えてなる請求項６記載の燃料電池システム。 - 【請求項８】第２流とオキシダントの新鮮な供給物を受
け入れるためのバーナー；及び前記バーナーの排出物を
前記カソード区画へ接続するための装置を備えてなる請
求項７記載の燃料電池システム。 - 【請求項９】第２廃ガスとバーナーの排出物とを熱交換
するための第４熱交換器を備えてなる請求項８記載の燃
料電池システム。 - 【請求項１０】第１廃ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素
及び水素へ転化するための転化反応器を備えてなる請求
項７記載の燃料電池システム。 - 【請求項１１】ガス移送装置が電気化学的電解槽である
請求項３記載の燃料電池システム。 - 【請求項１２】電気化学的電解槽が260℃以上の温度で
運転される請求項11記載の燃料電池システム。 - 【請求項１３】電気化学的電解槽がリン酸電気化学的電
解槽である請求項12記載の燃料電池システム。 - 【請求項１４】燃料電池が溶融炭酸塩燃料電池または固
体酸化物燃料電池である請求項１記載の燃料電池システ
ム。 - 【請求項１５】炭化水素燃料がメタンである請求項１記
載の燃料電池システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US174,075 | 1988-03-28 | ||
| US07/174,075 US4791033A (en) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | Fuel cell system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01294367A JPH01294367A (ja) | 1989-11-28 |
| JPH0831334B2 true JPH0831334B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=22634716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7419989A Expired - Fee Related JPH0831334B2 (ja) | 1988-03-28 | 1989-03-27 | 燃料電池システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4791033A (ja) |
| JP (1) | JPH0831334B2 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5232793A (en) * | 1989-09-19 | 1993-08-03 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | Method of and apparatus for utilizing and recovering co2 in combustion exhaust gas |
| DK162961C (da) * | 1989-11-20 | 1992-05-25 | Haldor Topsoe As | Braendselscellekraftvaerk |
| JPH03216964A (ja) * | 1990-01-22 | 1991-09-24 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池の発電方法 |
| US5084362A (en) * | 1990-08-29 | 1992-01-28 | Energy Research Corporation | Internal reforming molten carbonate fuel cell system with methane feed |
| US5208113A (en) * | 1991-07-10 | 1993-05-04 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | Power generation method using molten carbonate fuel cells |
| US5422195A (en) * | 1994-05-04 | 1995-06-06 | Energy Research Corporation | Carbonate fuel cell with direct recycle of anode exhaust to cathode |
| US5554453A (en) * | 1995-01-04 | 1996-09-10 | Energy Research Corporation | Carbonate fuel cell system with thermally integrated gasification |
| US7066973B1 (en) | 1996-08-26 | 2006-06-27 | Nuvera Fuel Cells | Integrated reformer and shift reactor |
| DE19636068C2 (de) * | 1996-09-05 | 2002-02-28 | Siemens Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Wasserstoff- und/oder Synthesegasgewinnung |
| US6641625B1 (en) | 1999-05-03 | 2003-11-04 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | Integrated hydrocarbon reforming system and controls |
| US6986797B1 (en) | 1999-05-03 | 2006-01-17 | Nuvera Fuel Cells Inc. | Auxiliary reactor for a hydrocarbon reforming system |
| NL1014585C2 (nl) * | 2000-03-08 | 2001-09-21 | Kema Nv | Brandstofcel met een verbeterd rendement voor het opwekken van elektrische energie. |
| US8007954B2 (en) * | 2000-11-09 | 2011-08-30 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Use of sulfur-containing fuels for direct oxidation fuel cells |
| DE10115336B4 (de) * | 2001-03-28 | 2012-09-27 | General Motors Corporation - Intellectual Property Group Legal Staff | Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems |
| JP2006502938A (ja) | 2002-06-13 | 2006-01-26 | ヌヴェラ フューエル セルズ インコーポレイテッド | 優先的酸化反応装置の温度調整 |
| WO2005050768A1 (en) * | 2003-11-19 | 2005-06-02 | Questair Technologies Inc. | High efficiency load-following solid oxide fuel cell systems |
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| US11296340B2 (en) | 2018-08-30 | 2022-04-05 | Fuelcell Energy, Inc. | Humidity transfer assemblies for fuel cells and higher-temperature electrochemical systems |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4532192A (en) | 1984-11-06 | 1985-07-30 | Energy Research Corporation | Fuel cell system |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3446674A (en) * | 1965-07-07 | 1969-05-27 | United Aircraft Corp | Method and apparatus for converting hydrogen-containing feedstocks |
| US3410783A (en) * | 1966-02-02 | 1968-11-12 | Allis Chalmers Mfg Co | Electrochemical cell for separation of gaseous mixtures |
| JPS609064A (ja) * | 1983-06-28 | 1985-01-18 | Toshiba Corp | 溶融炭酸塩型燃料電池ガス分離器 |
| US4620914A (en) * | 1985-07-02 | 1986-11-04 | Energy Research Corporation | Apparatus for purifying hydrogen |
-
1988
- 1988-03-28 US US07/174,075 patent/US4791033A/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-03-27 JP JP7419989A patent/JPH0831334B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4532192A (en) | 1984-11-06 | 1985-07-30 | Energy Research Corporation | Fuel cell system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4791033A (en) | 1988-12-13 |
| JPH01294367A (ja) | 1989-11-28 |
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