JPH10308230A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
- Publication number
- JPH10308230A JPH10308230A JP9114773A JP11477397A JPH10308230A JP H10308230 A JPH10308230 A JP H10308230A JP 9114773 A JP9114773 A JP 9114773A JP 11477397 A JP11477397 A JP 11477397A JP H10308230 A JPH10308230 A JP H10308230A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reformer
- boiler
- steam
- supply pipe
- supplying
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明の課題は、短時間起動が可能で、且つ熱
利用を含めた総合効率を向上し得る燃料電池発電装置を
提供することにある。 【解決手段】本発明は、燃料から水素を作るための改質
装置、電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極から
なるセルを積層したセルスタック、燃料供給装置、空気
供給装置、及び水回収装置を有する燃料電池発電装置に
おいて、前記改質装置に前記燃料の部分酸化反応に対し
て触媒活性を有する触媒を充填することを特徴とするも
のである。
利用を含めた総合効率を向上し得る燃料電池発電装置を
提供することにある。 【解決手段】本発明は、燃料から水素を作るための改質
装置、電解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極から
なるセルを積層したセルスタック、燃料供給装置、空気
供給装置、及び水回収装置を有する燃料電池発電装置に
おいて、前記改質装置に前記燃料の部分酸化反応に対し
て触媒活性を有する触媒を充填することを特徴とするも
のである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水蒸気、燃料、及
び空気を改質装置に供給し、外部から改質装置に熱供給
を行うことなしに、反応による自己発熱により改質装置
を昇温し、燃料電池の電池反応に必要な水素をつくると
ともに、改質装置の冷却過程で排熱回収用水蒸気を発生
させることができる、高効率で短時間起動が可能な燃料
電池発電装置に関するものである。
び空気を改質装置に供給し、外部から改質装置に熱供給
を行うことなしに、反応による自己発熱により改質装置
を昇温し、燃料電池の電池反応に必要な水素をつくると
ともに、改質装置の冷却過程で排熱回収用水蒸気を発生
させることができる、高効率で短時間起動が可能な燃料
電池発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３に燃料電池発電装置の従来例とし
て、都市ガスを燃料とした固体高分子電解質型燃料電池
発電装置の構成を示す。本装置の主な構成要素は、脱硫
装置７、エジェクタ５３、改質装置８、シフトコンバー
タ１１、選択酸化器３２、燃料電池セルスタック２１、
変換装置２４、凝縮器１，３８，６６、ポンプ４３，７
３，７４，７５，８４、ボイラー６、電池冷却水タンク
４７、空気ブロア１５、蒸発器３３、排熱利用システム
３５、センサ２２，２３，４１，４２，５１，５５，６
４、流量制御弁４５，４６，５２，６３，７９、遮断弁
３，５７，６０，６２，７７，７８，８０，９０，９
２，９３、及び配管類である。以下に図３を用いて、こ
の従来の燃料電池発電装置の作用について説明する。
て、都市ガスを燃料とした固体高分子電解質型燃料電池
発電装置の構成を示す。本装置の主な構成要素は、脱硫
装置７、エジェクタ５３、改質装置８、シフトコンバー
タ１１、選択酸化器３２、燃料電池セルスタック２１、
変換装置２４、凝縮器１，３８，６６、ポンプ４３，７
３，７４，７５，８４、ボイラー６、電池冷却水タンク
４７、空気ブロア１５、蒸発器３３、排熱利用システム
３５、センサ２２，２３，４１，４２，５１，５５，６
４、流量制御弁４５，４６，５２，６３，７９、遮断弁
３，５７，６０，６２，７７，７８，８０，９０，９
２，９３、及び配管類である。以下に図３を用いて、こ
の従来の燃料電池発電装置の作用について説明する。
【０００３】遮断弁３を開け、都市ガス４を脱硫触媒
（コバルト−モリブデン系触媒と酸化亜鉛吸着剤）が充
填された脱硫装置７に供給し、脱硫装置７で改質装置８
及び燃料電池セルスタック２１の燃料極１８の触媒の劣
化原因となる都市ガス４中の腐臭剤に含まれる硫黄分を
吸着除去する。遮断弁５７は、燃料電池発電装置の起動
時のみ開き、起動用バーナ５９に都市ガス４が供給され
る。また、遮断弁７８も、燃料電池発電装置の起動時の
み開き、起動用バーナ５９に空気ブロア１５により改質
装置起動用バーナ空気８９が供給される。起動用バーナ
５９では、燃料電池発電装置の起動時に、都市ガス４が
燃焼し、改質装置８の昇温が行われる。起動時以外は、
遮断弁５７と遮断弁７８は閉じておく。都市ガス供給量
は、電圧センサ２２と電流センサ２３で検出した燃料電
池出力５０と温度センサ４１で検出した改質装置温度か
ら予め設定された燃料電池出力５０及び改質装置温度と
流量制御弁５２の開度（すなわち、都市ガス供給量）の
関係に基づいて、流量制御弁５２の開度を調節すること
によって、都市ガス供給量を燃料電池出力５０と改質装
置温度に見合った値に設定する。脱硫装置７で硫黄分が
吸着除去された都市ガス４は、エジェクタ５３でボイラ
ー６から供給された改質用水蒸気３１と混合され、改質
触媒（通常はニッケル系触媒）が充填された改質装置８
の改質部４８に供給される。遮断弁６２を開け、ボイラ
ーバーナ１０に流量制御弁６３を介して都市ガス４を供
給するとともに、酸化剤極排ガス３７もボイラーバーナ
１０に供給し、ボイラーバーナ１０で都市ガス４と酸化
剤極排ガス３７中の酸素を燃焼させることにより得られ
る燃焼熱を利用して、ボイラー６で改質用水蒸気３１を
発生させる。なお、酸化剤極排ガス３７の代わりに、空
気ブロアを用いて空気をボイラーバーナ１０に供給して
もよい。ボイラーバーナ１０への都市ガス供給量は、予
め設定された流量制御弁５２の開度（すなわち、改質装
置８への都市ガス供給量）と流量制御弁６３の開度（す
なわち、ボイラーバーナ１０への都市ガス供給量）の関
係に基づいて、流量制御弁６３の開度を調節することに
よってボイラー６で改質用水蒸気３１の必要量が生成で
きるように制御する。液面センサ５１でボイラー６の水
位が設定された所定の水位よりも低下したことを検出し
た場合には、液面センサ５１でボイラー６の水位が予め
設定された所定の水位になったことを検出するまで、遮
断弁６０を開け補給水ポンプ４３を動作させてボイラー
６に補給水４４を供給する。ボイラーバーナ排ガス５
は、凝縮器１で凝縮水５６を除去した後に排ガス２とし
て大気中に放出される。凝縮水５６はポンプ８４により
ボイラー６に戻される。燃料電池発電装置の起動時に
は、遮断弁９３を開け酸化剤極排ガス３７の代わり、ボ
イラー起動用ボイラーバーナ空気９４をボイラーバーナ
１０に供給し都市ガス４を燃焼させることによって改質
用水蒸気３１をボイラー６で発生させる。
（コバルト−モリブデン系触媒と酸化亜鉛吸着剤）が充
填された脱硫装置７に供給し、脱硫装置７で改質装置８
及び燃料電池セルスタック２１の燃料極１８の触媒の劣
化原因となる都市ガス４中の腐臭剤に含まれる硫黄分を
吸着除去する。遮断弁５７は、燃料電池発電装置の起動
時のみ開き、起動用バーナ５９に都市ガス４が供給され
る。また、遮断弁７８も、燃料電池発電装置の起動時の
み開き、起動用バーナ５９に空気ブロア１５により改質
装置起動用バーナ空気８９が供給される。起動用バーナ
５９では、燃料電池発電装置の起動時に、都市ガス４が
燃焼し、改質装置８の昇温が行われる。起動時以外は、
遮断弁５７と遮断弁７８は閉じておく。都市ガス供給量
は、電圧センサ２２と電流センサ２３で検出した燃料電
池出力５０と温度センサ４１で検出した改質装置温度か
ら予め設定された燃料電池出力５０及び改質装置温度と
流量制御弁５２の開度（すなわち、都市ガス供給量）の
関係に基づいて、流量制御弁５２の開度を調節すること
によって、都市ガス供給量を燃料電池出力５０と改質装
置温度に見合った値に設定する。脱硫装置７で硫黄分が
吸着除去された都市ガス４は、エジェクタ５３でボイラ
ー６から供給された改質用水蒸気３１と混合され、改質
触媒（通常はニッケル系触媒）が充填された改質装置８
の改質部４８に供給される。遮断弁６２を開け、ボイラ
ーバーナ１０に流量制御弁６３を介して都市ガス４を供
給するとともに、酸化剤極排ガス３７もボイラーバーナ
１０に供給し、ボイラーバーナ１０で都市ガス４と酸化
剤極排ガス３７中の酸素を燃焼させることにより得られ
る燃焼熱を利用して、ボイラー６で改質用水蒸気３１を
発生させる。なお、酸化剤極排ガス３７の代わりに、空
気ブロアを用いて空気をボイラーバーナ１０に供給して
もよい。ボイラーバーナ１０への都市ガス供給量は、予
め設定された流量制御弁５２の開度（すなわち、改質装
置８への都市ガス供給量）と流量制御弁６３の開度（す
なわち、ボイラーバーナ１０への都市ガス供給量）の関
係に基づいて、流量制御弁６３の開度を調節することに
よってボイラー６で改質用水蒸気３１の必要量が生成で
きるように制御する。液面センサ５１でボイラー６の水
位が設定された所定の水位よりも低下したことを検出し
た場合には、液面センサ５１でボイラー６の水位が予め
設定された所定の水位になったことを検出するまで、遮
断弁６０を開け補給水ポンプ４３を動作させてボイラー
６に補給水４４を供給する。ボイラーバーナ排ガス５
は、凝縮器１で凝縮水５６を除去した後に排ガス２とし
て大気中に放出される。凝縮水５６はポンプ８４により
ボイラー６に戻される。燃料電池発電装置の起動時に
は、遮断弁９３を開け酸化剤極排ガス３７の代わり、ボ
イラー起動用ボイラーバーナ空気９４をボイラーバーナ
１０に供給し都市ガス４を燃焼させることによって改質
用水蒸気３１をボイラー６で発生させる。
【０００４】エジェクタ５３への改質用水蒸気供給量
は、予め設定記憶された流量制御弁５２の開度（すなわ
ち、改質装置８への都市ガス供給量）とエジェクタ５３
の開度（すなわち、改質用水蒸気供給量）の関係に基づ
いて、エジェクタ５３の開度を調節することによって、
予め設定された所定のスチームカーボン比となるように
制御する。改質装置８では、燃焼ガスである都市ガス４
の水蒸気改質が行われ、水素リッチな改質ガスが作られ
る。都市ガスの主成分であるメタンの水蒸気改質反応は
次式で表される。
は、予め設定記憶された流量制御弁５２の開度（すなわ
ち、改質装置８への都市ガス供給量）とエジェクタ５３
の開度（すなわち、改質用水蒸気供給量）の関係に基づ
いて、エジェクタ５３の開度を調節することによって、
予め設定された所定のスチームカーボン比となるように
制御する。改質装置８では、燃焼ガスである都市ガス４
の水蒸気改質が行われ、水素リッチな改質ガスが作られ
る。都市ガスの主成分であるメタンの水蒸気改質反応は
次式で表される。
【０００５】
【数１】 この水素リッチな改質ガスには、燃料電池セルスタック
２１の燃料極１８の触媒の劣化原因となる一酸化炭素が
含まれているので、改質ガスはシフト触媒（銅−亜鉛系
触媒）が充填されたシフトコンバータ１１に送られ、次
式に示すシフト反応により改質ガス中の一酸化炭素が二
酸化炭素に変換される。
２１の燃料極１８の触媒の劣化原因となる一酸化炭素が
含まれているので、改質ガスはシフト触媒（銅−亜鉛系
触媒）が充填されたシフトコンバータ１１に送られ、次
式に示すシフト反応により改質ガス中の一酸化炭素が二
酸化炭素に変換される。
【０００６】
【数２】 シフトコンバータ１１により、改質ガス中の一酸化炭素
濃度は１％以下まで低減される。固体高分子電解質型燃
料電池は、低温動作のため、リン酸型燃料電池に比べて
一酸化炭素の被毒に弱い。そこで、シフトコンバータ１
１で一酸化炭素濃度が下げられた水素リッチな改質ガス
は、さらに一酸化炭素選択酸化触媒（白金−ルテニウム
系触媒）が充填された選択酸化器３２に送られ、改質ガ
ス中の一酸化炭素が（３）式に示す反応により空気中の
酸素と反応し二酸化炭素に変換される。
濃度は１％以下まで低減される。固体高分子電解質型燃
料電池は、低温動作のため、リン酸型燃料電池に比べて
一酸化炭素の被毒に弱い。そこで、シフトコンバータ１
１で一酸化炭素濃度が下げられた水素リッチな改質ガス
は、さらに一酸化炭素選択酸化触媒（白金−ルテニウム
系触媒）が充填された選択酸化器３２に送られ、改質ガ
ス中の一酸化炭素が（３）式に示す反応により空気中の
酸素と反応し二酸化炭素に変換される。
【０００７】 （一酸化炭素の選択酸化反応） ＣＯ＋1/2 Ｏ2 →ＣＯ2 （３） 選択酸化器３２により改質ガス中の一酸化炭素濃度は数
ｐｐｍ程度まで低減される。一酸化炭素選択酸化用空気
６７は、遮断弁８０を開けて、空気ブロア１５により選
択酸化器３２に供給する。選択酸化器３２への空気供給
量は、予め設定された流量制御弁５２の開度（すなわ
ち、都市ガス供給量）と流量制御弁７９の開度（すなわ
ち、空気供給量）の関係に基づき、流量制御弁７９の開
度を調節することによって、予め設定された所定の供給
量になるように制御する。選択酸化器３２を出た改質ガ
スは、凝縮器６６で未反応水蒸気を凝縮水６５として除
去した後（固体高分子電解質型燃料電池の作動温度が８
０℃と低いため）、燃料電池セルスタック２１の燃料極
１８に供給され、燃料電池の発電に利用される。また、
シフトコンバータ１１の出口ガスの一部は脱硫装置７に
リサイクルされ、リサイクルガス中の水素が脱硫反応に
使用される。リサイクルガスの供給量は、予め設定され
た流量制御弁５２の開度（すなわち、改質装置８への都
市ガス供給量）と流量制御弁５４の開度（すなわち、リ
サイクルガス供給量）の関係に基づき、流量制御弁５４
の開度を調節することによって、予め設定された所定の
供給量になるように制御する。
ｐｐｍ程度まで低減される。一酸化炭素選択酸化用空気
６７は、遮断弁８０を開けて、空気ブロア１５により選
択酸化器３２に供給する。選択酸化器３２への空気供給
量は、予め設定された流量制御弁５２の開度（すなわ
ち、都市ガス供給量）と流量制御弁７９の開度（すなわ
ち、空気供給量）の関係に基づき、流量制御弁７９の開
度を調節することによって、予め設定された所定の供給
量になるように制御する。選択酸化器３２を出た改質ガ
スは、凝縮器６６で未反応水蒸気を凝縮水６５として除
去した後（固体高分子電解質型燃料電池の作動温度が８
０℃と低いため）、燃料電池セルスタック２１の燃料極
１８に供給され、燃料電池の発電に利用される。また、
シフトコンバータ１１の出口ガスの一部は脱硫装置７に
リサイクルされ、リサイクルガス中の水素が脱硫反応に
使用される。リサイクルガスの供給量は、予め設定され
た流量制御弁５２の開度（すなわち、改質装置８への都
市ガス供給量）と流量制御弁５４の開度（すなわち、リ
サイクルガス供給量）の関係に基づき、流量制御弁５４
の開度を調節することによって、予め設定された所定の
供給量になるように制御する。
【０００８】一方、燃料電池セルスタック２１の酸化剤
極２０には、遮断弁７７を開け空気ブロア１５を用いて
取り込んだ外気１７を発電用空気１６として供給する。
発電用空気１６の供給量は、電圧センサ２２と電流セン
サ２３で検出した燃料電池出力５０から予め設定された
燃料電池出力５０と流量制御弁４６の開度（すなわち、
発電用空気供給量）の関係に基づいて、流量制御弁４６
の開度を調節し、燃料電池出力５０に見合った値に制御
する。燃料電池セルスタック２１の燃料極１８では、
（４）式に示す反応により、改質ガス中の水素が水素イ
オンと電子に変わる。
極２０には、遮断弁７７を開け空気ブロア１５を用いて
取り込んだ外気１７を発電用空気１６として供給する。
発電用空気１６の供給量は、電圧センサ２２と電流セン
サ２３で検出した燃料電池出力５０から予め設定された
燃料電池出力５０と流量制御弁４６の開度（すなわち、
発電用空気供給量）の関係に基づいて、流量制御弁４６
の開度を調節し、燃料電池出力５０に見合った値に制御
する。燃料電池セルスタック２１の燃料極１８では、
（４）式に示す反応により、改質ガス中の水素が水素イ
オンと電子に変わる。
【０００９】 （燃料極反応） Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- （４） 水素イオンは電解質１９の内部を拡散し、酸化剤極２０
に到達する。一方、電子は外部回路を流れ、燃料電池出
力５０として取り出される。酸化剤極２０では、（５）
式に示す反応により、燃料極１８から電解質１９の中を
拡散してきた水素イオン、燃料極１８から外部回路を通
じて移動してきた電子、及び空気中の酸素が三相界面で
反応し、水が生成する。
に到達する。一方、電子は外部回路を流れ、燃料電池出
力５０として取り出される。酸化剤極２０では、（５）
式に示す反応により、燃料極１８から電解質１９の中を
拡散してきた水素イオン、燃料極１８から外部回路を通
じて移動してきた電子、及び空気中の酸素が三相界面で
反応し、水が生成する。
【００１０】 （酸化剤極反応） ２Ｈ+ ＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ （５） （４）式と（５）式をまとめると、燃料電池セルスタッ
ク２１での全電池反応は、（６）式に示す水素と酸素か
ら水ができる単純な反応として表すことができる。
ク２１での全電池反応は、（６）式に示す水素と酸素か
ら水ができる単純な反応として表すことができる。
【００１１】 （電池反応） Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ （６） 発電によって得られた燃料電池出力５０は、変換装置２
４で電圧変換あるいは直流−交流変換が行われた後に、
負荷２５に供給される。燃料極１８では、改質ガス中の
水素が全て（４）式に示した電極反応で消費されるわけ
ではなく、全体の８０％程度の水素が使われるだけであ
る。残りの約２０％の水素が、未反応水素として燃料極
排ガス１３中に残存する。これは、燃料極１８で改質ガ
ス中の水素を全て電極反応で消費しようとすると、ガス
出口付近で局所的に水素が不足し、水素の代わりに燃料
極基板のカーボンが反応し燃料電池セルスタック２１が
劣化するためである。未反応水素を含む燃料極排ガス１
３は、改質装置バーナ９に供給され、バーナ燃料として
使用される。（１）式に示したメタンの水蒸気改質反応
は吸熱反応であるので、外部から反応熱に見合う熱を改
質装置８の改質部４８に与える必要がある。このため、
改質装置バーナ９で燃料極排ガス１３中の水素を遮断弁
９０を開けて空気ブロア１５により供給した燃焼用空気
１２とともに燃焼させることにより、改質装置８の改質
部４８の温度を最大７００℃程度まで昇温する。燃焼用
空気１２の供給量は、温度センサ４１で検出した改質装
置温度から予め設定された改質装置温度と流量制御弁４
５の開度（すなわち、燃焼用空気供給量）の関係に基づ
いて、流量制御弁４５の開度を調節することによって制
御する。
４で電圧変換あるいは直流−交流変換が行われた後に、
負荷２５に供給される。燃料極１８では、改質ガス中の
水素が全て（４）式に示した電極反応で消費されるわけ
ではなく、全体の８０％程度の水素が使われるだけであ
る。残りの約２０％の水素が、未反応水素として燃料極
排ガス１３中に残存する。これは、燃料極１８で改質ガ
ス中の水素を全て電極反応で消費しようとすると、ガス
出口付近で局所的に水素が不足し、水素の代わりに燃料
極基板のカーボンが反応し燃料電池セルスタック２１が
劣化するためである。未反応水素を含む燃料極排ガス１
３は、改質装置バーナ９に供給され、バーナ燃料として
使用される。（１）式に示したメタンの水蒸気改質反応
は吸熱反応であるので、外部から反応熱に見合う熱を改
質装置８の改質部４８に与える必要がある。このため、
改質装置バーナ９で燃料極排ガス１３中の水素を遮断弁
９０を開けて空気ブロア１５により供給した燃焼用空気
１２とともに燃焼させることにより、改質装置８の改質
部４８の温度を最大７００℃程度まで昇温する。燃焼用
空気１２の供給量は、温度センサ４１で検出した改質装
置温度から予め設定された改質装置温度と流量制御弁４
５の開度（すなわち、燃焼用空気供給量）の関係に基づ
いて、流量制御弁４５の開度を調節することによって制
御する。
【００１２】燃料極排ガス１３中の未反応水素の燃焼反
応により生成した水蒸気を含む改質装置バーナ燃焼排ガ
ス１４は凝縮器３８に送られ、水蒸気が凝縮水４０とし
て除去された後に、排ガス３９として大気中に放出され
る。凝縮水４０と凝縮水６５はポンプ７４によりボイラ
ー６に戻される。
応により生成した水蒸気を含む改質装置バーナ燃焼排ガ
ス１４は凝縮器３８に送られ、水蒸気が凝縮水４０とし
て除去された後に、排ガス３９として大気中に放出され
る。凝縮水４０と凝縮水６５はポンプ７４によりボイラ
ー６に戻される。
【００１３】（６）式に示した電池反応は発熱反応であ
るので、燃料電池セルスタック２１の温度は、発電時間
の経過とともに上昇する。燃料電池セルスタック２１の
温度上昇が起こると、電解質１９の水素イオン伝導率が
上がるために抵抗が減少し出力特性が一時的に向上する
が、劣化が起こり易くなり寿命低下が生じる。また、固
体高分子電解質型燃料電池では、発電中に固体高分子電
解質膜中の水分が逃出するので、加湿しないと電池性能
が低下する。そこで、電池冷却水タンク４７から電池冷
却水２６を電池冷却水循環ポンプ７５によりセルスタッ
ク２１の加湿冷却器６９に供給し、燃料電池セルスタッ
ク２１の冷却と固体高分子電解質膜の加湿を行う。燃料
電池セルスタック２１の動作温度は、寿命と性能の両方
を勘案して８０℃前後に設定されるのが一般的である。
電池冷却水２６の供給量は、温度センサ４２で検出した
燃料電池セルスタック２１の出口温度が予め設定された
所定の温度範囲となるように、電池冷却水循環ポンプ７
５の回転数を調節することによって制御する。燃料電池
セルスタック２１を出た電池冷却水２６は、６０℃の温
水の形で電池冷却水タンク４７に戻される。液面センサ
５５で電池冷却水タンク４７の水位が予め設定された所
定の水位より低下したことを検出した場合には、液面セ
ンサ５５で電池冷却水タンク４７の水位が予め設定され
た所定の水位になったことを検出するまで、遮断弁９２
を開け補給水ポンプ４３を動作させて電池冷却水タンク
４７に補給水４４を供給する。また、起動時及び温度セ
ンサ６４で電池冷却水温度が予め設定された所定の温度
より低下したことを検出した場合には、予め設定された
所定の電力を温度センサ６４で電池冷却水温度が予め設
定された所定の温度を越えたことを検出するまで電池冷
却水タンクヒータ６８に供給し、電池冷却水２６を昇温
する。電池冷却水タンク４７の温水の一部は、排熱回収
用温水６１として排熱回収用温水循環ポンプ７３により
蒸発器３３に供給され、排熱利用システム３５の冷媒３
６の蒸発に使われる。
るので、燃料電池セルスタック２１の温度は、発電時間
の経過とともに上昇する。燃料電池セルスタック２１の
温度上昇が起こると、電解質１９の水素イオン伝導率が
上がるために抵抗が減少し出力特性が一時的に向上する
が、劣化が起こり易くなり寿命低下が生じる。また、固
体高分子電解質型燃料電池では、発電中に固体高分子電
解質膜中の水分が逃出するので、加湿しないと電池性能
が低下する。そこで、電池冷却水タンク４７から電池冷
却水２６を電池冷却水循環ポンプ７５によりセルスタッ
ク２１の加湿冷却器６９に供給し、燃料電池セルスタッ
ク２１の冷却と固体高分子電解質膜の加湿を行う。燃料
電池セルスタック２１の動作温度は、寿命と性能の両方
を勘案して８０℃前後に設定されるのが一般的である。
電池冷却水２６の供給量は、温度センサ４２で検出した
燃料電池セルスタック２１の出口温度が予め設定された
所定の温度範囲となるように、電池冷却水循環ポンプ７
５の回転数を調節することによって制御する。燃料電池
セルスタック２１を出た電池冷却水２６は、６０℃の温
水の形で電池冷却水タンク４７に戻される。液面センサ
５５で電池冷却水タンク４７の水位が予め設定された所
定の水位より低下したことを検出した場合には、液面セ
ンサ５５で電池冷却水タンク４７の水位が予め設定され
た所定の水位になったことを検出するまで、遮断弁９２
を開け補給水ポンプ４３を動作させて電池冷却水タンク
４７に補給水４４を供給する。また、起動時及び温度セ
ンサ６４で電池冷却水温度が予め設定された所定の温度
より低下したことを検出した場合には、予め設定された
所定の電力を温度センサ６４で電池冷却水温度が予め設
定された所定の温度を越えたことを検出するまで電池冷
却水タンクヒータ６８に供給し、電池冷却水２６を昇温
する。電池冷却水タンク４７の温水の一部は、排熱回収
用温水６１として排熱回収用温水循環ポンプ７３により
蒸発器３３に供給され、排熱利用システム３５の冷媒３
６の蒸発に使われる。
【００１４】この従来の固体高分子電解質型燃料電池発
電装置では、起動時に改質装置を燃料電池による発電が
可能な７００℃まで昇温するのに長時間（４時間程度）
を要する。燃料電池排熱として６０℃の温水しか利用で
きないので熱利用を含めた総合効率が低いなどの問題点
がある。
電装置では、起動時に改質装置を燃料電池による発電が
可能な７００℃まで昇温するのに長時間（４時間程度）
を要する。燃料電池排熱として６０℃の温水しか利用で
きないので熱利用を含めた総合効率が低いなどの問題点
がある。
【００１５】また、図４に燃料電池発電装置の別の従来
例として、都市ガスを燃料としたリン酸型燃料電池発電
装置の構成を示す。本装置の主な構成要素は、脱硫装置
７、エジェクタ５３、改質装置８、シフトコンバータ１
１、燃料電池セルスタック２１、変換装置２４、凝縮器
３８、ポンプ４３，７４、気水分離器２７、空気ブロア
１５、蒸発器３３、排熱利用システム３５、センサ２
２，２３，４１，４２，４９，５５、流量制御弁３０，
４５，４６，５２、遮断弁３，５７，７７，７８，９
０、及び配管類である。図中、図３と同一のものは同一
符号で表し、これらのものについてはその説明を省略す
る。以下図４を用いて、このもう一つの従来の燃料電池
発電装置の作用について説明する。
例として、都市ガスを燃料としたリン酸型燃料電池発電
装置の構成を示す。本装置の主な構成要素は、脱硫装置
７、エジェクタ５３、改質装置８、シフトコンバータ１
１、燃料電池セルスタック２１、変換装置２４、凝縮器
３８、ポンプ４３，７４、気水分離器２７、空気ブロア
１５、蒸発器３３、排熱利用システム３５、センサ２
２，２３，４１，４２，４９，５５、流量制御弁３０，
４５，４６，５２、遮断弁３，５７，７７，７８，９
０、及び配管類である。図中、図３と同一のものは同一
符号で表し、これらのものについてはその説明を省略す
る。以下図４を用いて、このもう一つの従来の燃料電池
発電装置の作用について説明する。
【００１６】リン酸型燃料電池発電装置は、前述した固
体高分子電解質型燃料電池発電装置とは以下の点が異な
る。すなわち、動作温度が１９０℃と高いために、改質
ガス中の水蒸気を燃料電池セルスタック直前で凝縮させ
るための凝縮器は不要である。シフトコンバータ１１で
一酸化炭素濃度が下げられた水素リッチな改質ガスは、
リン酸型燃料電池が固体高分子電解質型燃料電池に比べ
て高温作動のためＣＯ被毒に強いので、そのまま燃料電
池セルスタック２１の燃料極１８に供給され燃料電池の
発電に利用されるとともに、その一部は脱硫装置７にリ
サイクルされ、リサイクルガス中の水素が脱硫反応に使
用される。
体高分子電解質型燃料電池発電装置とは以下の点が異な
る。すなわち、動作温度が１９０℃と高いために、改質
ガス中の水蒸気を燃料電池セルスタック直前で凝縮させ
るための凝縮器は不要である。シフトコンバータ１１で
一酸化炭素濃度が下げられた水素リッチな改質ガスは、
リン酸型燃料電池が固体高分子電解質型燃料電池に比べ
て高温作動のためＣＯ被毒に強いので、そのまま燃料電
池セルスタック２１の燃料極１８に供給され燃料電池の
発電に利用されるとともに、その一部は脱硫装置７にリ
サイクルされ、リサイクルガス中の水素が脱硫反応に使
用される。
【００１７】また、燃料極排ガス１３中の未反応水素の
燃焼反応により生成した水蒸気と未反応水蒸気を含む改
質装置バーナ燃焼排ガス１４と（６）式に示した電池反
応により生成した水蒸気を含む酸化剤極排ガス３７は凝
縮器３８に送られ、水蒸気が凝縮水４０として除去され
た後に、排ガス３９として大気中に放出される。凝縮水
４０は、気水分離器２７に戻され、電池冷却水２６、改
質用水蒸気３１、排熱回収用水蒸気３４等に利用され
る。
燃焼反応により生成した水蒸気と未反応水蒸気を含む改
質装置バーナ燃焼排ガス１４と（６）式に示した電池反
応により生成した水蒸気を含む酸化剤極排ガス３７は凝
縮器３８に送られ、水蒸気が凝縮水４０として除去され
た後に、排ガス３９として大気中に放出される。凝縮水
４０は、気水分離器２７に戻され、電池冷却水２６、改
質用水蒸気３１、排熱回収用水蒸気３４等に利用され
る。
【００１８】さらに、気水分離器２７から電池冷却水２
６を冷却器７０に供給し、燃料電池セルスタック２１の
冷却を行う。燃料電池セルスタック２１の作動温度は、
寿命と性能の両方を勘案して１９０℃前後に設定される
のが一般的である。電池冷却水２６の供給量は、温度セ
ンサ４２で検出した燃料電池セルスタック２１の出口温
度が予め設定された所定の温度範囲となるように、流量
制御弁３０の開度を調節することによって制御する。燃
料電池セルスタック２１を出た電池冷却水２６は、水と
水蒸気の混合物の形で気水分離器２７に戻される。起動
時及び圧力センサ４９で気水分離器圧力が予め設定され
た所定の圧力より低下したことを検出した場合には、予
め設定された所定の電力を圧力センサ４９で気水分離器
２７の圧力が予め設定された所定の圧力を越えたことを
検出するまで気水分離器ヒータ２８に供給し、水蒸気を
発生させる。また、液面センサ５５で気水分離器２７の
水位が予め設定された所定の水位よりも低下したことを
検出した場合には、液面センサ５５で気水分離器２７の
水位が予め設定された所定の水位になったことを検出す
るまで、補給水ポンプ４３を動作させて気水分離器２７
に補給水４４を供給する。燃料電池セルスタック２１か
ら気水分離器２７に供給された水蒸気あるいは気水分離
器２７で発生させた水蒸気のうち、改質用水蒸気３１と
して使用する以外の水蒸気は、排熱回収用水蒸気３４と
して蒸発器３３に供給し、排熱利用システム３５の冷媒
３６の蒸発に使われる。蒸発器３３で凝縮した排熱回収
用水蒸気３４の凝縮水５８は、気水分離器２７に戻され
る。改質用水蒸気３１は気水分離器２７から送られるの
で、固体高分子電解質型燃料電池発電装置のように改質
用水蒸気３１の発生のためにボイラーを設ける必要はな
い。
６を冷却器７０に供給し、燃料電池セルスタック２１の
冷却を行う。燃料電池セルスタック２１の作動温度は、
寿命と性能の両方を勘案して１９０℃前後に設定される
のが一般的である。電池冷却水２６の供給量は、温度セ
ンサ４２で検出した燃料電池セルスタック２１の出口温
度が予め設定された所定の温度範囲となるように、流量
制御弁３０の開度を調節することによって制御する。燃
料電池セルスタック２１を出た電池冷却水２６は、水と
水蒸気の混合物の形で気水分離器２７に戻される。起動
時及び圧力センサ４９で気水分離器圧力が予め設定され
た所定の圧力より低下したことを検出した場合には、予
め設定された所定の電力を圧力センサ４９で気水分離器
２７の圧力が予め設定された所定の圧力を越えたことを
検出するまで気水分離器ヒータ２８に供給し、水蒸気を
発生させる。また、液面センサ５５で気水分離器２７の
水位が予め設定された所定の水位よりも低下したことを
検出した場合には、液面センサ５５で気水分離器２７の
水位が予め設定された所定の水位になったことを検出す
るまで、補給水ポンプ４３を動作させて気水分離器２７
に補給水４４を供給する。燃料電池セルスタック２１か
ら気水分離器２７に供給された水蒸気あるいは気水分離
器２７で発生させた水蒸気のうち、改質用水蒸気３１と
して使用する以外の水蒸気は、排熱回収用水蒸気３４と
して蒸発器３３に供給し、排熱利用システム３５の冷媒
３６の蒸発に使われる。蒸発器３３で凝縮した排熱回収
用水蒸気３４の凝縮水５８は、気水分離器２７に戻され
る。改質用水蒸気３１は気水分離器２７から送られるの
で、固体高分子電解質型燃料電池発電装置のように改質
用水蒸気３１の発生のためにボイラーを設ける必要はな
い。
【００１９】この従来のリン酸型燃料電池発電装置で
は、前述した固体高分子電解質型燃料電池発電装置と同
様、起動時に改質装置を燃料電池による発電が可能な７
００℃まで昇温するのに長時間（４時間程度）を要す
る、気水分離器で発生した水蒸気の一部しか排熱回収用
水蒸気として利用できないので熱利用を含めた総合効率
が低い等の問題点がある。
は、前述した固体高分子電解質型燃料電池発電装置と同
様、起動時に改質装置を燃料電池による発電が可能な７
００℃まで昇温するのに長時間（４時間程度）を要す
る、気水分離器で発生した水蒸気の一部しか排熱回収用
水蒸気として利用できないので熱利用を含めた総合効率
が低い等の問題点がある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の燃料電池発電装置の起動に長時間を要する、排熱利用
に必要な排熱回収用水蒸気が発生しないあるいは排熱回
収用水蒸気量が少ないので熱利用を含めた総合効率が低
いという問題点を解決し、短時間起動が可能で、且つ熱
利用を含めた総合効率を向上し得る燃料電池発電装置を
提供することにある。
の燃料電池発電装置の起動に長時間を要する、排熱利用
に必要な排熱回収用水蒸気が発生しないあるいは排熱回
収用水蒸気量が少ないので熱利用を含めた総合効率が低
いという問題点を解決し、短時間起動が可能で、且つ熱
利用を含めた総合効率を向上し得る燃料電池発電装置を
提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、燃料から水素を作るための改質装置、電解
質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを
積層したセルスタック、燃料供給装置、空気供給装置、
及び水回収装置を有する燃料電池発電装置において、前
記改質装置に前記燃料の部分酸化反応に対して触媒活性
を有する触媒を充填することを特徴とするものである。
に本発明は、燃料から水素を作るための改質装置、電解
質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセルを
積層したセルスタック、燃料供給装置、空気供給装置、
及び水回収装置を有する燃料電池発電装置において、前
記改質装置に前記燃料の部分酸化反応に対して触媒活性
を有する触媒を充填することを特徴とするものである。
【００２２】また本発明は、上記燃料電池発電装置にお
いて、改質装置に触媒活性を有しない安定な熱伝導材を
充填することを特徴とするものである。また本発明は、
上記燃料電池発電装置において、改質装置に燃料の水蒸
気改質反応に対して触媒活性を有する触媒を充填するこ
とを特徴とするものである。
いて、改質装置に触媒活性を有しない安定な熱伝導材を
充填することを特徴とするものである。また本発明は、
上記燃料電池発電装置において、改質装置に燃料の水蒸
気改質反応に対して触媒活性を有する触媒を充填するこ
とを特徴とするものである。
【００２３】また本発明は、上記燃料電池発電装置にお
いて、改質装置に冷却部を有することを特徴とするもの
である。また本発明は、上記燃料電池発電装置におい
て、改質装置の冷却部にボイラーから改質装置冷却水を
供給循環させる改質装置冷却水配管を有することを特徴
とするものである。
いて、改質装置に冷却部を有することを特徴とするもの
である。また本発明は、上記燃料電池発電装置におい
て、改質装置の冷却部にボイラーから改質装置冷却水を
供給循環させる改質装置冷却水配管を有することを特徴
とするものである。
【００２４】また本発明は、上記燃料電池発電装置にお
いて、気水分離器と、改質装置の冷却部に前記気水分離
器から改質装置冷却水を供給循環させる改質装置冷却水
配管を有することを特徴とするものである。
いて、気水分離器と、改質装置の冷却部に前記気水分離
器から改質装置冷却水を供給循環させる改質装置冷却水
配管を有することを特徴とするものである。
【００２５】また本発明は、上記燃料電池発電装置にお
いて、セルスタックからの燃料極排ガスをボイラーバー
ナで燃焼させて水蒸気を発生させるためのボイラーと、
水回収装置の凝縮器から前記ボイラーに凝縮水を供給す
るための凝縮水供給配管と、前記ボイラーで発生させた
前記水蒸気を改質装置に供給するための改質用水蒸気供
給配管と、前記燃料極排ガスを前記ボイラーバーナに供
給するための燃料極排ガス供給配管と、空気を空気供給
設備から前記ボイラーバーナに供給するための空気供給
配管と、空気を前記空気供給設備から前記改質装置に供
給するための空気供給配管とを具備することを特徴とす
るものである。
いて、セルスタックからの燃料極排ガスをボイラーバー
ナで燃焼させて水蒸気を発生させるためのボイラーと、
水回収装置の凝縮器から前記ボイラーに凝縮水を供給す
るための凝縮水供給配管と、前記ボイラーで発生させた
前記水蒸気を改質装置に供給するための改質用水蒸気供
給配管と、前記燃料極排ガスを前記ボイラーバーナに供
給するための燃料極排ガス供給配管と、空気を空気供給
設備から前記ボイラーバーナに供給するための空気供給
配管と、空気を前記空気供給設備から前記改質装置に供
給するための空気供給配管とを具備することを特徴とす
るものである。
【００２６】また本発明は、上記燃料電池発電装置にお
いて、排熱回収装置と、セルスタックからの燃料極排ガ
スをボイラーバーナで燃焼させて水蒸気を発生させるた
めのボイラーと、水回収装置の凝縮器から凝縮水を前記
ボイラーに供給するための凝縮水供給配管と、前記ボイ
ラーで発生させた前記水蒸気を改質装置に供給するため
の改質用水蒸気供給配管と、前記ボイラーで発生させた
前記水蒸気を前記排熱回収装置に供給するための排熱回
収用水蒸気供給配管と、前記燃料極排ガスを前記ボイラ
ーバーナに供給するための燃料極排ガス供給配管と、空
気を空気供給設備から前記ボイラーバーナに供給するた
めの空気供給配管と、空気を前記空気供給設備から前記
改質装置に供給するための空気供給配管とを具備するこ
とを特徴とするものである。
いて、排熱回収装置と、セルスタックからの燃料極排ガ
スをボイラーバーナで燃焼させて水蒸気を発生させるた
めのボイラーと、水回収装置の凝縮器から凝縮水を前記
ボイラーに供給するための凝縮水供給配管と、前記ボイ
ラーで発生させた前記水蒸気を改質装置に供給するため
の改質用水蒸気供給配管と、前記ボイラーで発生させた
前記水蒸気を前記排熱回収装置に供給するための排熱回
収用水蒸気供給配管と、前記燃料極排ガスを前記ボイラ
ーバーナに供給するための燃料極排ガス供給配管と、空
気を空気供給設備から前記ボイラーバーナに供給するた
めの空気供給配管と、空気を前記空気供給設備から前記
改質装置に供給するための空気供給配管とを具備するこ
とを特徴とするものである。
【００２７】また本発明は、上記燃料電池発電装置にお
いて、セルスタックからの燃料極排ガスをボイラーバー
ナで燃焼させて水蒸気を発生させるボイラーと、前記ボ
イラーで発生させた前記水蒸気を改質装置に供給するた
めの改質用水蒸気供給配管と、前記燃料極排ガスを前記
ボイラーバーナに供給するための燃料極排ガス供給配管
と、酸化剤極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するた
めの酸化剤極排ガス供給配管と、空気を空気供給設備か
ら前記改質装置に供給するための空気供給配管とを具備
することを特徴とするものである。
いて、セルスタックからの燃料極排ガスをボイラーバー
ナで燃焼させて水蒸気を発生させるボイラーと、前記ボ
イラーで発生させた前記水蒸気を改質装置に供給するた
めの改質用水蒸気供給配管と、前記燃料極排ガスを前記
ボイラーバーナに供給するための燃料極排ガス供給配管
と、酸化剤極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するた
めの酸化剤極排ガス供給配管と、空気を空気供給設備か
ら前記改質装置に供給するための空気供給配管とを具備
することを特徴とするものである。
【００２８】また本発明は、上記燃料電池発電装置にお
いて、排熱回収装置と、セルスタックからの燃料極排ガ
スをボイラーバーナで燃焼させて水蒸気を発生させるボ
イラーと、水回収装置の凝縮器から前記ボイラーに凝縮
水を供給するための凝縮水供給配管と、前記ボイラーで
発生させた前記水蒸気を改質装置に供給するための改質
用水蒸気供給配管と、前記ボイラーで発生させた前記水
蒸気を前記排熱回収装置に供給するための排熱回収用水
蒸気供給配管と、前記燃料極排ガスを前記ボイラーバー
ナに供給するための燃料極排ガス供給配管と、酸化剤極
排ガスを前記ボイラーバーナに供給するための酸化剤極
排ガス供給配管と、空気を空気供給設備から前記改質装
置に供給するための空気供給配管とを具備することを特
徴とするものである。
いて、排熱回収装置と、セルスタックからの燃料極排ガ
スをボイラーバーナで燃焼させて水蒸気を発生させるボ
イラーと、水回収装置の凝縮器から前記ボイラーに凝縮
水を供給するための凝縮水供給配管と、前記ボイラーで
発生させた前記水蒸気を改質装置に供給するための改質
用水蒸気供給配管と、前記ボイラーで発生させた前記水
蒸気を前記排熱回収装置に供給するための排熱回収用水
蒸気供給配管と、前記燃料極排ガスを前記ボイラーバー
ナに供給するための燃料極排ガス供給配管と、酸化剤極
排ガスを前記ボイラーバーナに供給するための酸化剤極
排ガス供給配管と、空気を空気供給設備から前記改質装
置に供給するための空気供給配管とを具備することを特
徴とするものである。
【００２９】本発明は、ボイラーで燃料極排ガスを燃焼
させることによって燃料の改質に必要な改質用水蒸気と
排熱利用に必要な排熱回収用水蒸気を発生させること
と、改質装置で発熱反応である燃料の部分酸化反応によ
り改質装置の昇温と水素生成を同時に行うことを最も主
要な特徴とする。従来の技術とは、改質装置に燃料の部
分酸化反応に対して触媒活性を有する触媒を充填するこ
とによって、改質装置への燃料極排ガスの燃焼による熱
供給、すなわち改質装置バーナを不要にしたこと、及び
燃料極排ガスを燃焼させることによって水蒸気を発生さ
せるためのボイラーを設けたという点が異なる。
させることによって燃料の改質に必要な改質用水蒸気と
排熱利用に必要な排熱回収用水蒸気を発生させること
と、改質装置で発熱反応である燃料の部分酸化反応によ
り改質装置の昇温と水素生成を同時に行うことを最も主
要な特徴とする。従来の技術とは、改質装置に燃料の部
分酸化反応に対して触媒活性を有する触媒を充填するこ
とによって、改質装置への燃料極排ガスの燃焼による熱
供給、すなわち改質装置バーナを不要にしたこと、及び
燃料極排ガスを燃焼させることによって水蒸気を発生さ
せるためのボイラーを設けたという点が異なる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態例を詳細に説明する。図１に本発明の第１の実施
形態例を表す構成説明図を示す。図中、図３と同一のも
のは同一符号で表し、これらのものについてはその説明
を省略する。図１を用いて本発明の第１の実施形態例を
説明する。本実施形態例は、図３に示した従来例とは、
改質装置８の改質部４８に都市ガス４の主成分であるメ
タンの部分酸化反応に対して触媒活性を有する触媒を単
独に、あるいはメタンの水蒸気改質反応に触媒活性を有
する触媒と触媒活性を有しない熱伝導材のうちいずれか
一方または両方を一緒に充填することによって、改質装
置８の改質装置バーナ９、燃料極排ガス１３の改質装置
バーナ９への供給配管、及び燃焼用空気１２の改質装置
バーナ９への供給配管、改質装置バーナ燃焼排ガス１４
の凝縮器３８への供給配管、凝縮器３８、凝縮水４０の
ボイラー６への供給配管、起動用バーナ５９、都市ガス
４の起動用バーナ５９への供給配管、都市ガス４の起動
用バーナ５９への供給配管上の遮断弁５７、改質装置起
動用バーナ空気８９の起動用バーナ５９への供給配管、
及び改質装置起動用バーナ空気８９の起動用バーナ５９
への供給配管上の遮断弁７８が不要になった点、燃焼極
排ガス１３のボイラーバーナ１０への供給配管、都市ガ
ス４と部分酸化用空気８１を混合する混合器７６、部分
酸化用空気８１の混合器７６への供給配管、部分酸化用
空気８１の混合器７６への供給配管上の遮断弁８３と流
量制御弁８２、改質装置８の冷却部８５、ボイラー６か
らの改質装置８の冷却部８５への改質装置冷却水８６の
循環供給配管、及びボイラー６からの改質装置８の冷却
部８５への改質装置冷却水８６の循環供給配管上の遮断
弁８８と温度センサ８７を新たに設けた点が異なる。
の形態例を詳細に説明する。図１に本発明の第１の実施
形態例を表す構成説明図を示す。図中、図３と同一のも
のは同一符号で表し、これらのものについてはその説明
を省略する。図１を用いて本発明の第１の実施形態例を
説明する。本実施形態例は、図３に示した従来例とは、
改質装置８の改質部４８に都市ガス４の主成分であるメ
タンの部分酸化反応に対して触媒活性を有する触媒を単
独に、あるいはメタンの水蒸気改質反応に触媒活性を有
する触媒と触媒活性を有しない熱伝導材のうちいずれか
一方または両方を一緒に充填することによって、改質装
置８の改質装置バーナ９、燃料極排ガス１３の改質装置
バーナ９への供給配管、及び燃焼用空気１２の改質装置
バーナ９への供給配管、改質装置バーナ燃焼排ガス１４
の凝縮器３８への供給配管、凝縮器３８、凝縮水４０の
ボイラー６への供給配管、起動用バーナ５９、都市ガス
４の起動用バーナ５９への供給配管、都市ガス４の起動
用バーナ５９への供給配管上の遮断弁５７、改質装置起
動用バーナ空気８９の起動用バーナ５９への供給配管、
及び改質装置起動用バーナ空気８９の起動用バーナ５９
への供給配管上の遮断弁７８が不要になった点、燃焼極
排ガス１３のボイラーバーナ１０への供給配管、都市ガ
ス４と部分酸化用空気８１を混合する混合器７６、部分
酸化用空気８１の混合器７６への供給配管、部分酸化用
空気８１の混合器７６への供給配管上の遮断弁８３と流
量制御弁８２、改質装置８の冷却部８５、ボイラー６か
らの改質装置８の冷却部８５への改質装置冷却水８６の
循環供給配管、及びボイラー６からの改質装置８の冷却
部８５への改質装置冷却水８６の循環供給配管上の遮断
弁８８と温度センサ８７を新たに設けた点が異なる。
【００３１】次に本実施形態例の作用について説明す
る。混合器７６で脱硫装置７で硫黄分を除去した都市ガ
ス４と部分酸化用空気８１を混合する。部分酸化用空気
８１は遮断弁８３を開けることによって、混合器７６に
供給する。都市ガス４と部分酸化用空気８１はエジェク
タ５３に供給され、さらに改質用水蒸気３１と混合され
た後に、改質装置８の改質部４８に供給される。部分酸
化用空気８１の供給量は、予め設定された流量制御弁５
２の開度（すなわち、都市ガス供給量）と流量制御弁８
２の開度（すなわち、部分酸化用空気供給量）の関係に
基づいて流量制御弁８２の開度を調節することによって
制御する。なお、燃料電池発電装置の起動時も同様であ
る。
る。混合器７６で脱硫装置７で硫黄分を除去した都市ガ
ス４と部分酸化用空気８１を混合する。部分酸化用空気
８１は遮断弁８３を開けることによって、混合器７６に
供給する。都市ガス４と部分酸化用空気８１はエジェク
タ５３に供給され、さらに改質用水蒸気３１と混合され
た後に、改質装置８の改質部４８に供給される。部分酸
化用空気８１の供給量は、予め設定された流量制御弁５
２の開度（すなわち、都市ガス供給量）と流量制御弁８
２の開度（すなわち、部分酸化用空気供給量）の関係に
基づいて流量制御弁８２の開度を調節することによって
制御する。なお、燃料電池発電装置の起動時も同様であ
る。
【００３２】改質装置８の改質部４８では、（７）式に
示すメタンの部分酸化反応によりメタンと酸素が反応
し、燃料電池の電池反応に必要な水素が生成する。 （メタンの部分酸化反応） ＣＨ4 ＋1/2 Ｏ2 →ＣＯ＋２Ｈ2 （７） （７）式に示したメタンの部分酸化反応は、（１）式に
示したメタンの水蒸気改質反応とは異なり発熱反応であ
るので、外部から熱を与えるための改質装置バーナは不
要である。このため、改質装置８の昇温が短時間で完了
するため、燃料電池発電装置の起動時間が短縮される。
改質装置８の改質部４８には、（７）式に示したメタン
の部分酸化反応に対して触媒活性を有する触媒（白金系
触媒、ルテニウム系触媒等の貴金属系触媒が一般的）を
充填する。メタンの部分酸化反応による発熱に伴う改質
部４８の温度上昇（触媒の劣化原因となる）を抑制する
ために、改質部４８にメタンの部分酸化反応に対して触
媒活性を有している触媒の他に、化学反応に対して触媒
活性を有していない熱伝導性に優れた熱伝導材（例えば
アルミナ）を充填してもよい。また、メタンの部分酸化
反応による発熱量（３１９ｋＪ／ｍｏｌ）は、メタンの
水蒸気改質反応による吸熱量（２０６ｋＪ／ｍｏｌ）に
比べて多いので、改質部４８にメタンの部分酸化反応に
対して触媒活性を有している触媒の他にメタンの水蒸気
改質反応に対して触媒活性を有している触媒を充填し、
改質部４８で（７）式に示したメタンの部分酸化反応と
（１）式に示したメタンの水蒸気改質反応により燃料電
池の電池反応に必要な水素を生成させてもよい。その
際、メタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、メタン
の部分酸化反応による発熱により供給するので、改質装
置８の改質部４８に外部から熱を供給するための改質装
置バーナはやはり不要である。改質装置バーナが不要で
あるので、燃料極排ガス１３は、ボイラーバーナ１０に
供給され、酸化剤極排ガス３７と燃焼させることによっ
て、ボイラー６で改質用水蒸気３１と排熱回収用水蒸気
７１を発生させる。なお、酸化剤極排ガス３７の代わり
に、空気ブロアを用いて空気をボイラーバーナ１０に供
給してもよい。
示すメタンの部分酸化反応によりメタンと酸素が反応
し、燃料電池の電池反応に必要な水素が生成する。 （メタンの部分酸化反応） ＣＨ4 ＋1/2 Ｏ2 →ＣＯ＋２Ｈ2 （７） （７）式に示したメタンの部分酸化反応は、（１）式に
示したメタンの水蒸気改質反応とは異なり発熱反応であ
るので、外部から熱を与えるための改質装置バーナは不
要である。このため、改質装置８の昇温が短時間で完了
するため、燃料電池発電装置の起動時間が短縮される。
改質装置８の改質部４８には、（７）式に示したメタン
の部分酸化反応に対して触媒活性を有する触媒（白金系
触媒、ルテニウム系触媒等の貴金属系触媒が一般的）を
充填する。メタンの部分酸化反応による発熱に伴う改質
部４８の温度上昇（触媒の劣化原因となる）を抑制する
ために、改質部４８にメタンの部分酸化反応に対して触
媒活性を有している触媒の他に、化学反応に対して触媒
活性を有していない熱伝導性に優れた熱伝導材（例えば
アルミナ）を充填してもよい。また、メタンの部分酸化
反応による発熱量（３１９ｋＪ／ｍｏｌ）は、メタンの
水蒸気改質反応による吸熱量（２０６ｋＪ／ｍｏｌ）に
比べて多いので、改質部４８にメタンの部分酸化反応に
対して触媒活性を有している触媒の他にメタンの水蒸気
改質反応に対して触媒活性を有している触媒を充填し、
改質部４８で（７）式に示したメタンの部分酸化反応と
（１）式に示したメタンの水蒸気改質反応により燃料電
池の電池反応に必要な水素を生成させてもよい。その
際、メタンの水蒸気改質反応に必要な反応熱は、メタン
の部分酸化反応による発熱により供給するので、改質装
置８の改質部４８に外部から熱を供給するための改質装
置バーナはやはり不要である。改質装置バーナが不要で
あるので、燃料極排ガス１３は、ボイラーバーナ１０に
供給され、酸化剤極排ガス３７と燃焼させることによっ
て、ボイラー６で改質用水蒸気３１と排熱回収用水蒸気
７１を発生させる。なお、酸化剤極排ガス３７の代わり
に、空気ブロアを用いて空気をボイラーバーナ１０に供
給してもよい。
【００３３】液面センサ５１でボイラー６の水位が予め
設定された所定の水位よりも低下したことを検出した場
合には、液面センサ５１でボイラー６の水位が予め設定
された所定の水位になったことを検出するまで、遮断弁
６０を開け補給水ポンプ４３を動作させてボイラー６に
補給水４４を供給する。ボイラーバーナ排ガス５は、凝
縮器１で凝縮水５６を除去した後に排ガス２として大気
中に放出される。凝縮水５６はポンプ８４によりボイラ
ー６に戻される。燃料電池発電装置の起動時には、遮断
弁６２と遮断弁９３を開け、都市ガス４とボイラー起動
用ボイラーバーナ空気９４をボイラーバーナ１０に供給
し、ボイラー６で改質用水蒸気３１を発生させる。
設定された所定の水位よりも低下したことを検出した場
合には、液面センサ５１でボイラー６の水位が予め設定
された所定の水位になったことを検出するまで、遮断弁
６０を開け補給水ポンプ４３を動作させてボイラー６に
補給水４４を供給する。ボイラーバーナ排ガス５は、凝
縮器１で凝縮水５６を除去した後に排ガス２として大気
中に放出される。凝縮水５６はポンプ８４によりボイラ
ー６に戻される。燃料電池発電装置の起動時には、遮断
弁６２と遮断弁９３を開け、都市ガス４とボイラー起動
用ボイラーバーナ空気９４をボイラーバーナ１０に供給
し、ボイラー６で改質用水蒸気３１を発生させる。
【００３４】前述したように、改質装置８の改質部４８
では、発熱反応である（７）式に示したメタンの部分酸
化反応が起こるので、温度上昇による改質触媒の劣化を
防ぐために、ボイラー６から改質装置８の冷却部８５に
改質装置冷却水８６を供給し、改質装置８の冷却を行
う。改質装置８の冷却部８５を出た改質装置冷却水８６
は水と水蒸気の混合物の形でボイラー６に戻され、水蒸
気は改質用水蒸気３１と排熱回収用水蒸気７１として使
われる。改質装置冷却水８６の供給量は、温度センサ８
７で改質装置冷却水８６の冷却部８５の出口温度を検出
し、予め設定された冷却部８５の出口温度と流量制御弁
８８の開度（すなわち、改質装置冷却水供給量）の関係
に基づいて、流量制御弁８８の開度を調節することによ
って制御する。
では、発熱反応である（７）式に示したメタンの部分酸
化反応が起こるので、温度上昇による改質触媒の劣化を
防ぐために、ボイラー６から改質装置８の冷却部８５に
改質装置冷却水８６を供給し、改質装置８の冷却を行
う。改質装置８の冷却部８５を出た改質装置冷却水８６
は水と水蒸気の混合物の形でボイラー６に戻され、水蒸
気は改質用水蒸気３１と排熱回収用水蒸気７１として使
われる。改質装置冷却水８６の供給量は、温度センサ８
７で改質装置冷却水８６の冷却部８５の出口温度を検出
し、予め設定された冷却部８５の出口温度と流量制御弁
８８の開度（すなわち、改質装置冷却水供給量）の関係
に基づいて、流量制御弁８８の開度を調節することによ
って制御する。
【００３５】本実施形態例では、改質装置の反応とし
て発熱反応であるメタンの部分酸化反応を利用している
ので、改質装置の昇温が短時間で完了し、燃料電池発電
装置の起動時間が短縮される、改質装置の冷却過程で
発生する水蒸気を排熱回収用水蒸気として利用すること
により排熱回収用水蒸気量が増加するので、熱利用を含
めた燃料電池発電装置の総合効率が向上するなどの効果
が得られる。
て発熱反応であるメタンの部分酸化反応を利用している
ので、改質装置の昇温が短時間で完了し、燃料電池発電
装置の起動時間が短縮される、改質装置の冷却過程で
発生する水蒸気を排熱回収用水蒸気として利用すること
により排熱回収用水蒸気量が増加するので、熱利用を含
めた燃料電池発電装置の総合効率が向上するなどの効果
が得られる。
【００３６】図２に本発明の第２の実施形態例を表す構
成説明図を示す。図中、図４と同一のものは同一符号で
表し、これらのものについてはその説明を省略する。図
２を用いて本発明の第２の実施形態例を説明する。本実
施形態例は、図４に示した従来例とは、改質装置８の改
質部４８に都市ガス４の主成分であるメタンの部分酸化
反応に対して触媒活性を有する触媒を単独に、あるいは
メタンの水蒸気改質反応に触媒活性を有する触媒と触媒
活性を有しない熱伝導材のうちいずれか一つまたは両方
と一緒に充填することによって、改質装置８の改質装置
バーナ９、燃料極排ガス１３の改質装置バーナ９への供
給配管、及び燃焼用空気１２の改質装置バーナ９への供
給配管、改質装置バーナ燃焼排ガス１４の凝縮器３８へ
の供給配管、凝縮器３８、酸化剤極排ガス３７の凝縮器
３８への供給配管、凝縮水４０の気水分離器２７への供
給配管、起動用バーナ５９、都市ガス４の起動用バーナ
５９への供給配管、都市ガス４の起動用バーナ５９への
供給配管上の遮断弁５７、改質装置起動用バーナ空気８
９の起動用バーナ５９への供給配管、及び改質装置起動
用バーナ空気８９の起動用バーナ５９への供給配管上の
遮断弁７８が不要になった点、ボイラー６、ボイラーバ
ーナ１０、蒸発器２９、凝縮器１、温度センサ５１、改
質装置８の冷却部８５、都市ガス４と部分酸化用空気８
１を混合する混合器７６、気水分離器２７から改質装置
８の冷却部８５への改質装置冷却水８６の循環供給配
管、気水分離器２７から改質装置８の冷却部８５への改
質装置冷却水８６の循環供給配管上の温度センサ８７と
流量制御弁８８、都市ガス４のボイラーバーナ１０への
供給配管、都市ガス４のボイラーバーナ１０への供給配
管上の遮断弁６２、排熱回収用水蒸気７１のボイラー６
から蒸発器２９への循環供給配管、ボイラーバーナ排ガ
ス５のボイラーバーナ１０から凝縮器１への供給配管、
凝縮水５６の凝縮器１からボイラー６への還流配管、凝
縮水５６の凝縮器１からボイラー６への還流配管上のポ
ンプ８４、補給水４４の補給水ポンプ４３からボイラー
６への供給配管、補給水４４の補給水ポンプ４３からボ
イラー６への供給配管上の遮断弁６０、補給水４４の補
給水ポンプ４３から気水分離器２７への供給配管上の遮
断弁９２、凝縮水５６の凝縮器１から気水分離器２７へ
の供給配管、及び凝縮水５６の凝縮器１から気水分離器
２７への供給配管上のポンプ９１、部分酸化用空気８１
の混合器７６への供給配管、部分酸化用空気８１の混合
器７６への供給配管上の遮断弁８３と流量制御弁８２、
及び酸化剤極排ガス３７のボイラーバーナ１０への供給
配管を新たに設けた点が異なる。
成説明図を示す。図中、図４と同一のものは同一符号で
表し、これらのものについてはその説明を省略する。図
２を用いて本発明の第２の実施形態例を説明する。本実
施形態例は、図４に示した従来例とは、改質装置８の改
質部４８に都市ガス４の主成分であるメタンの部分酸化
反応に対して触媒活性を有する触媒を単独に、あるいは
メタンの水蒸気改質反応に触媒活性を有する触媒と触媒
活性を有しない熱伝導材のうちいずれか一つまたは両方
と一緒に充填することによって、改質装置８の改質装置
バーナ９、燃料極排ガス１３の改質装置バーナ９への供
給配管、及び燃焼用空気１２の改質装置バーナ９への供
給配管、改質装置バーナ燃焼排ガス１４の凝縮器３８へ
の供給配管、凝縮器３８、酸化剤極排ガス３７の凝縮器
３８への供給配管、凝縮水４０の気水分離器２７への供
給配管、起動用バーナ５９、都市ガス４の起動用バーナ
５９への供給配管、都市ガス４の起動用バーナ５９への
供給配管上の遮断弁５７、改質装置起動用バーナ空気８
９の起動用バーナ５９への供給配管、及び改質装置起動
用バーナ空気８９の起動用バーナ５９への供給配管上の
遮断弁７８が不要になった点、ボイラー６、ボイラーバ
ーナ１０、蒸発器２９、凝縮器１、温度センサ５１、改
質装置８の冷却部８５、都市ガス４と部分酸化用空気８
１を混合する混合器７６、気水分離器２７から改質装置
８の冷却部８５への改質装置冷却水８６の循環供給配
管、気水分離器２７から改質装置８の冷却部８５への改
質装置冷却水８６の循環供給配管上の温度センサ８７と
流量制御弁８８、都市ガス４のボイラーバーナ１０への
供給配管、都市ガス４のボイラーバーナ１０への供給配
管上の遮断弁６２、排熱回収用水蒸気７１のボイラー６
から蒸発器２９への循環供給配管、ボイラーバーナ排ガ
ス５のボイラーバーナ１０から凝縮器１への供給配管、
凝縮水５６の凝縮器１からボイラー６への還流配管、凝
縮水５６の凝縮器１からボイラー６への還流配管上のポ
ンプ８４、補給水４４の補給水ポンプ４３からボイラー
６への供給配管、補給水４４の補給水ポンプ４３からボ
イラー６への供給配管上の遮断弁６０、補給水４４の補
給水ポンプ４３から気水分離器２７への供給配管上の遮
断弁９２、凝縮水５６の凝縮器１から気水分離器２７へ
の供給配管、及び凝縮水５６の凝縮器１から気水分離器
２７への供給配管上のポンプ９１、部分酸化用空気８１
の混合器７６への供給配管、部分酸化用空気８１の混合
器７６への供給配管上の遮断弁８３と流量制御弁８２、
及び酸化剤極排ガス３７のボイラーバーナ１０への供給
配管を新たに設けた点が異なる。
【００３７】次に本実施形態例の作用について説明す
る。混合器７６で脱硫装置７で硫黄分を除去した都市ガ
ス４と部分酸化用空気８１を混合する。部分酸化用空気
８１は遮断弁８３を開けることによって、混合器７６に
供給する。都市ガス４と部分酸化用空気８１はエジェク
タ５３に供給され、さらに改質用水蒸気３１と混合され
た後に、改質装置８の改質部４８に供給される。部分酸
化用空気８１の供給量は、予め設定された流量制御弁５
２の開度（すなわち、都市ガス供給量）と流量制御弁８
２の開度（すなわち、部分酸化用空気供給量）の関係に
基づいて流量制御弁８２の開度を調節することによって
制御する。なお、燃料電池発電装置の起動時も同様であ
る。改質装置８の改質部４８では、（７）式に示したメ
タンの部分酸化反応によりメタンと酸素が反応し、燃料
電池の電池反応に必要な水素が生成する。（７）式に示
したメタンの部分酸化反応は、（１）式に示したメタン
の水蒸気改質反応とは異なり発熱反応であるので、外部
から熱を与えるための改質装置バーナは不要である。こ
のため、改質装置８の昇温が短時間で完了するため、燃
料電池発電装置の起動時間が短縮される。改質装置８の
改質部４８には、（７）式に示したメタンの部分酸化反
応に対して触媒活性を有する触媒（白金系触媒、ルテニ
ウム系触媒等の貴金属系触媒が一般的）を充填する。メ
タンの部分酸化反応による発熱に伴う改質部４８の温度
上昇（触媒の劣化原因となる）を抑制するために、改質
部４８にメタンの部分酸化反応に対して触媒活性を有し
ている触媒の他に、化学反応に対して触媒活性を有して
いない熱伝導性に優れた熱伝導材（例えばアルミナ）を
充填してもよい。また、メタンの部分酸化反応による発
熱量（３１９ｋＪ／ｍｏｌ）は、メタンの水蒸気改質反
応による吸熱量（２０６ｋＪ／ｍｏｌ）に比べて多いの
で、改質部４８にメタンの部分酸化反応に対して触媒活
性を有している触媒の他にメタンの水蒸気改質反応に対
して触媒活性を有している触媒を充填し、改質部４８で
（７）式に示したメタンの部分酸化反応と（１）式に示
したメタンの水蒸気改質反応により燃料電池の電池反応
に必要な水素を生成させてもよい。その際、メタンの水
蒸気改質反応に必要な反応熱は、メタンの部分酸化反応
による発熱により供給するので、改質装置８の改質部４
８に外部から熱を供給するための改質装置バーナはやは
り不要である。改質装置バーナが不要であるので、燃料
極排ガス１３は、ボイラーバーナ１０に供給され、ボイ
ラーバーナ１０に供給された酸化剤極排ガス３７と燃焼
させることによって、ボイラー６で排熱回収用水蒸気７
１を発生させる。なお、酸化剤極排ガス３７の代わり
に、空気ブロアを用いて空気をボイラーバーナ１０に供
給してもよい。排熱回収用水蒸気７１は、蒸発器２９に
供給され、排熱利用システム３５の冷媒３６の気化に利
用される。排熱回収用水蒸気７１は、蒸発器２９で凝縮
水７２となり、ボイラー６に戻される。
る。混合器７６で脱硫装置７で硫黄分を除去した都市ガ
ス４と部分酸化用空気８１を混合する。部分酸化用空気
８１は遮断弁８３を開けることによって、混合器７６に
供給する。都市ガス４と部分酸化用空気８１はエジェク
タ５３に供給され、さらに改質用水蒸気３１と混合され
た後に、改質装置８の改質部４８に供給される。部分酸
化用空気８１の供給量は、予め設定された流量制御弁５
２の開度（すなわち、都市ガス供給量）と流量制御弁８
２の開度（すなわち、部分酸化用空気供給量）の関係に
基づいて流量制御弁８２の開度を調節することによって
制御する。なお、燃料電池発電装置の起動時も同様であ
る。改質装置８の改質部４８では、（７）式に示したメ
タンの部分酸化反応によりメタンと酸素が反応し、燃料
電池の電池反応に必要な水素が生成する。（７）式に示
したメタンの部分酸化反応は、（１）式に示したメタン
の水蒸気改質反応とは異なり発熱反応であるので、外部
から熱を与えるための改質装置バーナは不要である。こ
のため、改質装置８の昇温が短時間で完了するため、燃
料電池発電装置の起動時間が短縮される。改質装置８の
改質部４８には、（７）式に示したメタンの部分酸化反
応に対して触媒活性を有する触媒（白金系触媒、ルテニ
ウム系触媒等の貴金属系触媒が一般的）を充填する。メ
タンの部分酸化反応による発熱に伴う改質部４８の温度
上昇（触媒の劣化原因となる）を抑制するために、改質
部４８にメタンの部分酸化反応に対して触媒活性を有し
ている触媒の他に、化学反応に対して触媒活性を有して
いない熱伝導性に優れた熱伝導材（例えばアルミナ）を
充填してもよい。また、メタンの部分酸化反応による発
熱量（３１９ｋＪ／ｍｏｌ）は、メタンの水蒸気改質反
応による吸熱量（２０６ｋＪ／ｍｏｌ）に比べて多いの
で、改質部４８にメタンの部分酸化反応に対して触媒活
性を有している触媒の他にメタンの水蒸気改質反応に対
して触媒活性を有している触媒を充填し、改質部４８で
（７）式に示したメタンの部分酸化反応と（１）式に示
したメタンの水蒸気改質反応により燃料電池の電池反応
に必要な水素を生成させてもよい。その際、メタンの水
蒸気改質反応に必要な反応熱は、メタンの部分酸化反応
による発熱により供給するので、改質装置８の改質部４
８に外部から熱を供給するための改質装置バーナはやは
り不要である。改質装置バーナが不要であるので、燃料
極排ガス１３は、ボイラーバーナ１０に供給され、ボイ
ラーバーナ１０に供給された酸化剤極排ガス３７と燃焼
させることによって、ボイラー６で排熱回収用水蒸気７
１を発生させる。なお、酸化剤極排ガス３７の代わり
に、空気ブロアを用いて空気をボイラーバーナ１０に供
給してもよい。排熱回収用水蒸気７１は、蒸発器２９に
供給され、排熱利用システム３５の冷媒３６の気化に利
用される。排熱回収用水蒸気７１は、蒸発器２９で凝縮
水７２となり、ボイラー６に戻される。
【００３８】前述したように、改質装置８の改質部４８
では、発熱反応である（７）式に示したメタンの部分酸
化反応が起こるので、温度上昇による改質触媒の劣化を
防ぐために、気水分離器２７から改質装置８の冷却部８
５に改質装置冷却水８６を供給し、改質装置８の冷却を
行う。改質装置８の冷却部８５を出た改質装置冷却水８
６は水と水蒸気の混合物の形で気水分離器２７に戻さ
れ、改質用水蒸気３１あるいは排熱回収用水蒸気３４と
して使われる。改質装置冷却水８６の供給量は、温度セ
ンサ８７で改質装置冷却水８６の冷却部８５の出口温度
を検出し、予め設定された冷却部８５の出口温度と流量
制御弁８８の開度（すなわち、改質装置冷却水供給量）
の関係に基づいて、流量制御弁８８の開度を調節するこ
とによって制御する。なお、本実施形態例では、改質装
置冷却水８６を改質装置８の冷却部８５に気水分離器２
７から供給しているが、気水分離器２７の代わりにボイ
ラー６から改質装置８の冷却部８５に改質装置冷却水８
６を供給してもよい。その場合、ボイラー６に戻された
水蒸気は、排熱回収用水蒸気７１として利用することが
できる。液面センサ５５で気水分離器２７の水位が予め
設定された所定の水位よりも低下したことを検出した場
合には、液面センサ５５で気水分離器２７の水位が予め
設定された所定の水位になったことを検出するまで、遮
断弁９２を開け補給水ポンプ４３を動作させて、気水分
離器２７に補給水４４を供給する。
では、発熱反応である（７）式に示したメタンの部分酸
化反応が起こるので、温度上昇による改質触媒の劣化を
防ぐために、気水分離器２７から改質装置８の冷却部８
５に改質装置冷却水８６を供給し、改質装置８の冷却を
行う。改質装置８の冷却部８５を出た改質装置冷却水８
６は水と水蒸気の混合物の形で気水分離器２７に戻さ
れ、改質用水蒸気３１あるいは排熱回収用水蒸気３４と
して使われる。改質装置冷却水８６の供給量は、温度セ
ンサ８７で改質装置冷却水８６の冷却部８５の出口温度
を検出し、予め設定された冷却部８５の出口温度と流量
制御弁８８の開度（すなわち、改質装置冷却水供給量）
の関係に基づいて、流量制御弁８８の開度を調節するこ
とによって制御する。なお、本実施形態例では、改質装
置冷却水８６を改質装置８の冷却部８５に気水分離器２
７から供給しているが、気水分離器２７の代わりにボイ
ラー６から改質装置８の冷却部８５に改質装置冷却水８
６を供給してもよい。その場合、ボイラー６に戻された
水蒸気は、排熱回収用水蒸気７１として利用することが
できる。液面センサ５５で気水分離器２７の水位が予め
設定された所定の水位よりも低下したことを検出した場
合には、液面センサ５５で気水分離器２７の水位が予め
設定された所定の水位になったことを検出するまで、遮
断弁９２を開け補給水ポンプ４３を動作させて、気水分
離器２７に補給水４４を供給する。
【００３９】本実施形態例でも、第１の実施形態例と同
様に、改質装置の反応として発熱反応であるメタンの
部分酸化反応を利用しているので、改質装置の昇温が短
時間で完了し、燃料電池発電装置の起動時間が短縮され
る、改質装置の冷却過程で発生する水蒸気を排熱回収
用水蒸気として利用することにより排熱回収用水蒸気量
が増加するので、熱利用を含めた燃料電池発電装置の総
合効率が向上するなどの効果が得られる。
様に、改質装置の反応として発熱反応であるメタンの
部分酸化反応を利用しているので、改質装置の昇温が短
時間で完了し、燃料電池発電装置の起動時間が短縮され
る、改質装置の冷却過程で発生する水蒸気を排熱回収
用水蒸気として利用することにより排熱回収用水蒸気量
が増加するので、熱利用を含めた燃料電池発電装置の総
合効率が向上するなどの効果が得られる。
【００４０】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、発熱
反応である燃料の部分酸化反応を利用して改質装置の昇
温と水素生成を行うので、改質装置バーナで燃料極排ガ
スを燃焼させることによって得られる燃焼ガスを利用し
た改質装置への熱供給の必要がなくなり、また、改質装
置の冷却過程で排熱回収用水蒸気を発生させることが可
能であるから、短時間起動ができる、排熱回収量の増加
が期待でき熱利用を含めた総合効率が向上するという効
果がある。
反応である燃料の部分酸化反応を利用して改質装置の昇
温と水素生成を行うので、改質装置バーナで燃料極排ガ
スを燃焼させることによって得られる燃焼ガスを利用し
た改質装置への熱供給の必要がなくなり、また、改質装
置の冷却過程で排熱回収用水蒸気を発生させることが可
能であるから、短時間起動ができる、排熱回収量の増加
が期待でき熱利用を含めた総合効率が向上するという効
果がある。
【図１】本発明の第１の実施形態例を示す構成説明図で
ある。
ある。
【図２】本発明の第２の実施形態例を示す構成説明図で
ある。
ある。
【図３】従来の燃料電池発電装置の一例を示す構成説明
図である。
図である。
【図４】従来の燃料電池発電装置の他の例を示す構成説
明図である。
明図である。
１ 凝縮器 ２ 排ガス ３ 遮断弁 ４ 都市ガス ５ ボイラーバーナ排ガス ６ ボイラー ７ 脱硫装置 ８ 改質装置 ９ 改質装置バーナ １０ ボイラーバーナ １１ シフトコンバータ １２ 燃焼用空気 １３ 燃料極排ガス １４ 改質装置バーナ燃焼排ガス １５ 空気ブロア １６ 発電用空気 １７ 外気 １８ 燃料極 １９ 電解質 ２０ 酸化剤極 ２１ 燃料電池セルスタック ２２ 電圧センサ ２３ 電流センサ ２４ 変換装置 ２５ 負荷 ２６ 電池冷却水 ２７ 気水分離器 ２８ 気水分離器ヒータ ２９ 蒸発器 ３０ 流量制御弁 ３１ 改質用水蒸気 ３２ 選択酸化器 ３３ 蒸発器 ３４ 排熱回収用水蒸気 ３５ 排熱利用システム ３６ 冷媒 ３７ 酸化剤極排ガス ３８ 凝縮器 ３９ 排ガス ４０ 凝縮水 ４１ 温度センサ ４２ 温度センサ ４３ 補給水ポンプ ４４ 補給水 ４５ 流量制御弁 ４６ 流量制御弁 ４７ 電池冷却水タンク ４８ 改質部 ４９ 圧力センサ ５０ 燃料電池出力 ５１ 液面センサ ５２ 流量制御弁 ５３ エジェクタ ５４ 流量制御弁 ５５ 液面センサ ５６ 凝縮水 ５７ 遮断弁 ５８ 凝縮水 ５９ 起動用バーナ ６０ 遮断弁 ６１ 排熱回収用温水 ６２ 遮断弁 ６３ 流量制御弁 ６４ 温度センサ ６５ 凝縮水 ６６ 凝縮器 ６７ 一酸化炭素選択酸化用空気 ６８ 電池冷却水タンクヒータ ６９ 加湿冷却器 ７０ 冷却器 ７１ 排熱回収用水蒸気 ７２ 凝縮水 ７３ 排熱回収用温水循環ポンプ ７４ ポンプ ７５ 電池冷却水循環ポンプ ７６ 混合器 ７７ 遮断弁 ７８ 遮断弁 ７９ 流量制御弁 ８０ 遮断弁 ８１ 部分酸化用空気 ８２ 流量制御弁 ８３ 遮断弁 ８４ ポンプ ８５ 冷却部 ８６ 改質装置冷却水 ８７ 温度センサ ８８ 流量制御弁 ８９ 改質装置起動用バーナ空気 ９０ 遮断弁 ９１ ポンプ ９２ 遮断弁 ９３ 遮断弁 ９４ ボイラー起動用ボイラーバーナ空気
Claims (10)
- 【請求項１】 燃料から水素を作るための改質装置、電
解質をサンドイッチした燃料極と酸化剤極からなるセル
を積層したセルスタック、燃料供給装置、空気供給装
置、及び水回収装置を有する燃料電池発電装置におい
て、 前記改質装置に前記燃料の部分酸化反応に対して触媒活
性を有する触媒を充填することを特徴とする燃料電池発
電装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池発電装置におい
て、 改質装置に触媒活性を有しない安定な熱伝導材を充填す
ることを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の燃料電池発電装置
において、 改質装置に燃料の水蒸気改質反応に対して触媒活性を有
する触媒を充填することを特徴とする燃料電池発電装
置。 - 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の燃料電池発電
装置において、 改質装置に冷却部を有することを特徴とする燃料電池発
電装置。 - 【請求項５】 請求項４記載の燃料電池発電装置におい
て、 改質装置の冷却部にボイラーから改質装置冷却水を供給
循環させる改質装置冷却水配管を有することを特徴とす
る燃料電池発電装置。 - 【請求項６】 請求項４記載の燃料電池発電装置におい
て、 気水分離器と、改質装置の冷却部に前記気水分離器から
改質装置冷却水を供給循環させる改質装置冷却水配管を
有することを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項７】 請求項１、２、３、４、５又は６記載の
燃料電池発電装置において、 セルスタックからの燃料極排ガスをボイラーバーナで燃
焼させて水蒸気を発生させるためのボイラーと、 水回収装置の凝縮器から前記ボイラーに凝縮水を供給す
るための凝縮水供給配管と、 前記ボイラーで発生させた前記水蒸気を改質装置に供給
するための改質用水蒸気供給配管と、 前記燃料極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するため
の燃料極排ガス供給配管と、 空気を空気供給設備から前記ボイラーバーナに供給する
ための空気供給配管と、 空気を前記空気供給設備から前記改質装置に供給するた
めの空気供給配管とを具備することを特徴とする燃料電
池発電装置。 - 【請求項８】 請求項１、２、３、４、５又は６記載の
燃料電池発電装置において、 排熱回収装置と、 セルスタックからの燃料極排ガスをボイラーバーナで燃
焼させて水蒸気を発生させるためのボイラーと、 水回収装置の凝縮器から凝縮水を前記ボイラーに供給す
るための凝縮水供給配管と、 前記ボイラーで発生させた前記水蒸気を改質装置に供給
するための改質用水蒸気供給配管と、 前記ボイラーで発生させた前記水蒸気を前記排熱回収装
置に供給するための排熱回収用水蒸気供給配管と、 前記燃料極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するため
の燃料極排ガス供給配管と、 空気を空気供給設備から前記ボイラーバーナに供給する
ための空気供給配管と、 空気を前記空気供給設備から前記改質装置に供給するた
めの空気供給配管とを具備することを特徴とする燃料電
池発電装置。 - 【請求項９】 請求項１、２、３、４、５又は６記載の
燃料電池発電装置において、 セルスタックからの燃料極排ガスをボイラーバーナで燃
焼させて水蒸気を発生させるボイラーと、 前記ボイラーで発生させた前記水蒸気を改質装置に供給
するための改質用水蒸気供給配管と、 前記燃料極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するため
の燃料極排ガス供給配管と、 酸化剤極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するための
酸化剤極排ガス供給配管と、 空気を空気供給設備から前記改質装置に供給するための
空気供給配管とを具備することを特徴とする燃料電池発
電装置。 - 【請求項１０】 請求項１、２、３、４、５又は６記載
の燃料電池発電装置において、 排熱回収装置と、 セルスタックからの燃料極排ガスをボイラーバーナで燃
焼させて水蒸気を発生させるボイラーと、 水回収装置の凝縮器から前記ボイラーに凝縮水を供給す
るための凝縮水供給配管と、 前記ボイラーで発生させた前記水蒸気を改質装置に供給
するための改質用水蒸気供給配管と、 前記ボイラーで発生させた前記水蒸気を前記排熱回収装
置に供給するための排熱回収用水蒸気供給配管と、 前記燃料極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するため
の燃料極排ガス供給配管と、 酸化剤極排ガスを前記ボイラーバーナに供給するための
酸化剤極排ガス供給配管と、 空気を空気供給設備から前記改質装置に供給するための
空気供給配管とを具備することを特徴とする燃料電池発
電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9114773A JPH10308230A (ja) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9114773A JPH10308230A (ja) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10308230A true JPH10308230A (ja) | 1998-11-17 |
Family
ID=14646337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9114773A Pending JPH10308230A (ja) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10308230A (ja) |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000243422A (ja) * | 1999-02-23 | 2000-09-08 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよび燃料電池の冷却方法 |
| JP2000285942A (ja) * | 1999-03-31 | 2000-10-13 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池発電システム |
| NL1013474C2 (nl) * | 1999-05-27 | 2000-12-01 | Plug Power Inc | Systeem voor het genereren van elektrische energie en warmte. |
| JP2001201046A (ja) * | 2000-01-18 | 2001-07-27 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃焼装置及び燃料電池発電システム |
| JP2002356308A (ja) * | 2001-03-26 | 2002-12-13 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料改質システム |
| JP2003518712A (ja) * | 1999-12-20 | 2003-06-10 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 直接不凍液冷却燃料電池動力プラントシステム |
| JP2005056777A (ja) * | 2003-08-07 | 2005-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システム |
| JP2005056775A (ja) * | 2003-08-07 | 2005-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システム |
| JP2005056666A (ja) * | 2003-08-04 | 2005-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システム |
| JP2005056735A (ja) * | 2003-08-06 | 2005-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システム |
| JP2006156117A (ja) * | 2004-11-29 | 2006-06-15 | T Rad Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2006260874A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池発電装置用燃料ガス供給装置 |
| US7503946B2 (en) * | 2002-10-17 | 2009-03-17 | Nippon Chemical Plant Consultant Co., Ltd. | Autooxidation internal heating type steam reforming system |
| JP2009230927A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-08 | T Rad Co Ltd | 燃料電池システム |
| US7695536B2 (en) | 2004-02-23 | 2010-04-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel gas manufacturing apparatus |
| JP2010235358A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | Tokyo Gas Co Ltd | 酸素燃焼技術を利用した水素分離型水素製造システム |
| JP2011132103A (ja) * | 2009-12-25 | 2011-07-07 | Tokyo Gas Co Ltd | ハイブリッド水素製造システム |
| JP2015525448A (ja) * | 2012-06-04 | 2015-09-03 | キュンドン ナビエン シーオー．，エルティーディー． | 燃料電池とボイラの複合システム |
| CN115458784A (zh) * | 2022-11-11 | 2022-12-09 | 安徽云翼航空技术有限公司 | 一种适用于高空无人机的燃料电池系统及其控制方法 |
-
1997
- 1997-05-02 JP JP9114773A patent/JPH10308230A/ja active Pending
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000243422A (ja) * | 1999-02-23 | 2000-09-08 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよび燃料電池の冷却方法 |
| JP2000285942A (ja) * | 1999-03-31 | 2000-10-13 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池発電システム |
| US6887607B1 (en) | 1999-05-27 | 2005-05-03 | Plug Power Inc. | Fuel cell system for generating electric energy and heat |
| NL1013474C2 (nl) * | 1999-05-27 | 2000-12-01 | Plug Power Inc | Systeem voor het genereren van elektrische energie en warmte. |
| WO2000074164A1 (en) * | 1999-05-27 | 2000-12-07 | Plug Power Inc. | Fuel cell system for generating electric energy and heat |
| JP2003518712A (ja) * | 1999-12-20 | 2003-06-10 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 直接不凍液冷却燃料電池動力プラントシステム |
| JP2001201046A (ja) * | 2000-01-18 | 2001-07-27 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃焼装置及び燃料電池発電システム |
| JP2002356308A (ja) * | 2001-03-26 | 2002-12-13 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料改質システム |
| EP1559679A4 (en) * | 2002-10-17 | 2011-03-02 | T Rad Co Ltd | STEAM REFORMING SYSTEM WITH INTERNAL AUTOOXIDATION HEATING |
| US7503946B2 (en) * | 2002-10-17 | 2009-03-17 | Nippon Chemical Plant Consultant Co., Ltd. | Autooxidation internal heating type steam reforming system |
| JP2005056666A (ja) * | 2003-08-04 | 2005-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システム |
| JP2005056735A (ja) * | 2003-08-06 | 2005-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システム |
| JP2005056775A (ja) * | 2003-08-07 | 2005-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システム |
| JP2005056777A (ja) * | 2003-08-07 | 2005-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池発電システム |
| US7695536B2 (en) | 2004-02-23 | 2010-04-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel gas manufacturing apparatus |
| JP2006156117A (ja) * | 2004-11-29 | 2006-06-15 | T Rad Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2006260874A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池発電装置用燃料ガス供給装置 |
| JP2009230927A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-08 | T Rad Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2010235358A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | Tokyo Gas Co Ltd | 酸素燃焼技術を利用した水素分離型水素製造システム |
| JP2011132103A (ja) * | 2009-12-25 | 2011-07-07 | Tokyo Gas Co Ltd | ハイブリッド水素製造システム |
| JP2015525448A (ja) * | 2012-06-04 | 2015-09-03 | キュンドン ナビエン シーオー．，エルティーディー． | 燃料電池とボイラの複合システム |
| CN115458784A (zh) * | 2022-11-11 | 2022-12-09 | 安徽云翼航空技术有限公司 | 一种适用于高空无人机的燃料电池系统及其控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6699609B2 (en) | Fuel cell system | |
| JPH10308230A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP5382408B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2001185196A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2003132923A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP3943406B2 (ja) | 燃料電池発電システム及びその運転方法 | |
| JP2003017098A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP3443237B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池発電システム | |
| JPH09298065A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP4847117B2 (ja) | 燃料改質システム | |
| JPH09180748A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2003272677A (ja) | 固体酸化物形燃料電池及びそれを用いたコージェネレーションシステム | |
| JP4664936B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| KR101295237B1 (ko) | 연료전지 시스템 | |
| JPH09199153A (ja) | 燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化検出方法 | |
| JPH07263007A (ja) | 燃料電池用改質器の加熱装置 | |
| JPWO2019026174A1 (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 | |
| JP3732004B2 (ja) | 一酸化炭素除去装置およびその運転方法 | |
| JP2005285648A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP3471513B2 (ja) | 燃料電池発電装置およびその燃料切替試験方法 | |
| JP2004192952A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP2021190284A (ja) | 固体酸化物形燃料電池システム | |
| JP3886887B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP2003157878A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP3665699B2 (ja) | 燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化診断方法 |