JP2796181B2 - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
- Publication number
- JP2796181B2 JP2796181B2 JP2192974A JP19297490A JP2796181B2 JP 2796181 B2 JP2796181 B2 JP 2796181B2 JP 2192974 A JP2192974 A JP 2192974A JP 19297490 A JP19297490 A JP 19297490A JP 2796181 B2 JP2796181 B2 JP 2796181B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction
- fuel cell
- gas
- section
- heat
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は燃料電池装置を用いた発電システムに関
し、特に燃料電池装置の冷却の改善に関するものであ
る。
し、特に燃料電池装置の冷却の改善に関するものであ
る。
［従来の技術］ 第４図は例えば米国GRIレポートNO.FCR−5322−２に
示された溶融炭酸塩形の燃料電池発電システムにおい
て、燃料電池装置とこの燃料電池装置の温度制御を行う
ための周辺装置の概要を示すシステム構成図である。図
において、（１）は燃料電池装置であり、燃料ガス電極
と酸化ガス電極（図示省略）を有する燃料電池部分（1
a）、燃料ガス電極に燃料ガス（Ａ）を供給する燃料ガ
ス流路（1b）、酸化ガス電極に酸化ガス（Ｂ）を供給す
る酸化ガス流路（1c）を主要な構成要素として構成され
る。（２）は燃料電池発電システムから排出される排出
ガス（Ｃ）より動力回収を行い、外部より空気（Ｄ）を
昇圧し供給する空気供給装置、（３）は燃料電池装置
（１）の温度制御を行うため、酸化ガス（Ｂ）の一部を
循環する循環ブロワ、（４）は循環ブロワ（３）により
循環される酸化ガス側循環ガスの温度制御を行うための
熱交換器、（Ｅ）は燃料排出ガスの流れを示す。
示された溶融炭酸塩形の燃料電池発電システムにおい
て、燃料電池装置とこの燃料電池装置の温度制御を行う
ための周辺装置の概要を示すシステム構成図である。図
において、（１）は燃料電池装置であり、燃料ガス電極
と酸化ガス電極（図示省略）を有する燃料電池部分（1
a）、燃料ガス電極に燃料ガス（Ａ）を供給する燃料ガ
ス流路（1b）、酸化ガス電極に酸化ガス（Ｂ）を供給す
る酸化ガス流路（1c）を主要な構成要素として構成され
る。（２）は燃料電池発電システムから排出される排出
ガス（Ｃ）より動力回収を行い、外部より空気（Ｄ）を
昇圧し供給する空気供給装置、（３）は燃料電池装置
（１）の温度制御を行うため、酸化ガス（Ｂ）の一部を
循環する循環ブロワ、（４）は循環ブロワ（３）により
循環される酸化ガス側循環ガスの温度制御を行うための
熱交換器、（Ｅ）は燃料排出ガスの流れを示す。
この燃料電池発電システムは、燃料電池装置（１）の
燃料ガス流路（1b）に燃料ガス（Ａ）が供給され、酸化
ガス流路（1c）に酸化ガス（Ｂ）が供給されることによ
り、電気化学反応を起こす燃料電池を単数または複数積
層した燃料電池積層体を有し、燃料ガス（Ａ）の持つ化
学エネルギーの一部を電気エネルギーとして取り出し、
残りを副生する熱エネルギーに変換するエネルギー変換
装置である。
燃料ガス流路（1b）に燃料ガス（Ａ）が供給され、酸化
ガス流路（1c）に酸化ガス（Ｂ）が供給されることによ
り、電気化学反応を起こす燃料電池を単数または複数積
層した燃料電池積層体を有し、燃料ガス（Ａ）の持つ化
学エネルギーの一部を電気エネルギーとして取り出し、
残りを副生する熱エネルギーに変換するエネルギー変換
装置である。
ここで例えば溶融炭酸塩形の燃料電池装置は650℃前
後で、リン酸形の燃料電池装置は200℃前後で動作する
燃料電池であり、温度制御を適切に行うことにより、燃
料電池装置を上記動作温度に保つ必要がある。従って、
例えば定常負荷動作時においては燃料電池装置（１）で
副生する熱エネルギーを除去する。即ち冷却する必要が
ある。また一方、無負荷時保持または小負荷時において
は放熱による温度低下を防ぐため逆に加熱してやる必要
がある。
後で、リン酸形の燃料電池装置は200℃前後で動作する
燃料電池であり、温度制御を適切に行うことにより、燃
料電池装置を上記動作温度に保つ必要がある。従って、
例えば定常負荷動作時においては燃料電池装置（１）で
副生する熱エネルギーを除去する。即ち冷却する必要が
ある。また一方、無負荷時保持または小負荷時において
は放熱による温度低下を防ぐため逆に加熱してやる必要
がある。
このような冷却・加熱を目的とする燃料電池の温度制
御法として、燃料電池装置（１）の液相の熱媒を循環す
る方法や、気相の熱媒を循環する方法などがある。特に
気相の熱媒を循環する方法は、取り扱いの容易さ、信頼
性の高さ等により注目を集めている。また高温動作の燃
料電池装置の場合には利用可能な液相の冷媒が殆どな
く、比較的小出力の燃料電池発電システムや高温動作形
の燃料電池装置、例えば溶融炭素塩形の燃料電池装置を
用いた系では気相の熱媒を用いる例が多い。
御法として、燃料電池装置（１）の液相の熱媒を循環す
る方法や、気相の熱媒を循環する方法などがある。特に
気相の熱媒を循環する方法は、取り扱いの容易さ、信頼
性の高さ等により注目を集めている。また高温動作の燃
料電池装置の場合には利用可能な液相の冷媒が殆どな
く、比較的小出力の燃料電池発電システムや高温動作形
の燃料電池装置、例えば溶融炭素塩形の燃料電池装置を
用いた系では気相の熱媒を用いる例が多い。
第４図はこのような気相の熱媒を用いた発電システム
の一例で、燃料電池装置（１）から排出された酸化ガス
（Ｂ）の一部を循環ブロワ（３）を用いて燃料電池装置
（１）の酸化ガス流路（1c）の入り口に一部再循環する
ことにより、反応ガスである酸化ガスを温度調節用の熱
媒としても利用している。定常負荷動作時においては熱
交換器（４）において循環酸化ガスを冷却することによ
り、燃料電池装置（１）の温度制御が達成される。
の一例で、燃料電池装置（１）から排出された酸化ガス
（Ｂ）の一部を循環ブロワ（３）を用いて燃料電池装置
（１）の酸化ガス流路（1c）の入り口に一部再循環する
ことにより、反応ガスである酸化ガスを温度調節用の熱
媒としても利用している。定常負荷動作時においては熱
交換器（４）において循環酸化ガスを冷却することによ
り、燃料電池装置（１）の温度制御が達成される。
また、無負荷保持または小負荷時においては熱交換器
（４）において循環酸化ガスを加熱することにより温度
制御が達成される。
（４）において循環酸化ガスを加熱することにより温度
制御が達成される。
［発明が解決しようとする課題］ 従来の燃料電池発電システムは以上のように構成され
ているので、次に示すような問題点があった。
ているので、次に示すような問題点があった。
（イ） 熱媒としての気相の熱媒の熱容量は小さく、熱
媒のガスの入り口温度と出口温度の温度差は通常100℃
前後と大きくなる。従って熱媒のガスの流れ方向に温度
分布がつきやすく、電池の特性低下の一つの原因となっ
ていた。
媒のガスの入り口温度と出口温度の温度差は通常100℃
前後と大きくなる。従って熱媒のガスの流れ方向に温度
分布がつきやすく、電池の特性低下の一つの原因となっ
ていた。
（ロ） 燃料電池装置の温度制御に必要な熱は顕熱の形
で燃料電池装置内に持ち込まれ、又は取り出されるが、
顕熱としての熱は温度制御過程において、例えば排管か
らの放熱として失われ易く、発電システムの発電効率の
低下の原因となる。また特に気体の顕熱はエネルギー密
度が小さく排熱利用のための熱交換器が大きくなるなど
有効な排熱の利用がむづかしい。
で燃料電池装置内に持ち込まれ、又は取り出されるが、
顕熱としての熱は温度制御過程において、例えば排管か
らの放熱として失われ易く、発電システムの発電効率の
低下の原因となる。また特に気体の顕熱はエネルギー密
度が小さく排熱利用のための熱交換器が大きくなるなど
有効な排熱の利用がむづかしい。
（ハ） 反応ガスを熱媒として利用する場合は、利用し
ない場合に比べて大量の反応ガス量、例えば３倍程度の
反応ガス量を供給する必要がある。この場合、燃料電池
装置に含まれている電解質の蒸発・飛散が促進される。
このため反応ガスの供給と燃料電池装置の温度の制御と
が干渉し制御方法が複雑となり、また電池の寿命が短く
なる。さらに循環量の増大に伴うブロワ動力の増大が発
電効率を低下せしめるという問題点があった。
ない場合に比べて大量の反応ガス量、例えば３倍程度の
反応ガス量を供給する必要がある。この場合、燃料電池
装置に含まれている電解質の蒸発・飛散が促進される。
このため反応ガスの供給と燃料電池装置の温度の制御と
が干渉し制御方法が複雑となり、また電池の寿命が短く
なる。さらに循環量の増大に伴うブロワ動力の増大が発
電効率を低下せしめるという問題点があった。
本発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、少量の熱媒で効率良く冷却または加熱・冷却
が可能であり、このため熱媒による電解質蒸発量を低減
せしめ、かつ冷却または加熱・冷却に必要な熱媒の循環
に必要なブロワ動力損を低減できる燃料電池発電システ
ムを得ることを目的とする。
たもので、少量の熱媒で効率良く冷却または加熱・冷却
が可能であり、このため熱媒による電解質蒸発量を低減
せしめ、かつ冷却または加熱・冷却に必要な熱媒の循環
に必要なブロワ動力損を低減できる燃料電池発電システ
ムを得ることを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ この発明の請求項１の燃料電池発電システムでは、燃
料電池積層体の温度を調節する温度制御手段は、燃料電
池積層体と熱的に結合して設けられた第１の反応部と、
この第１の反応部とは異なる位置に設けられた第２の反
応部と、上記第１の反応部および上記第２の反応部にお
いて反応温度、反応圧力の設定に応じて熱の授受を伴う
可逆反応が両方向に進行可能な反応ガスと、上記第２の
反応部における反応温度または反応圧力を調節する反応
制御部と、上記第１の反応部および上記第２の反応部が
経路中に含まれるように設けられ上記反応ガスが熱媒と
して循環する循環路とを備え、上記第１の反応部は、積
層体で生成する余剰の熱を、第１の反応部内を流通し上
記反応制御部の設定に従い吸熱反応する上記反応ガスに
反応熱として与えるように構成され、上記第２の反応部
は、第２の反応部内を流通し上記反応制御部の設定に従
い発熱反応する上記反応ガスから反応熱を除去するよう
に構成されたものである。
料電池積層体の温度を調節する温度制御手段は、燃料電
池積層体と熱的に結合して設けられた第１の反応部と、
この第１の反応部とは異なる位置に設けられた第２の反
応部と、上記第１の反応部および上記第２の反応部にお
いて反応温度、反応圧力の設定に応じて熱の授受を伴う
可逆反応が両方向に進行可能な反応ガスと、上記第２の
反応部における反応温度または反応圧力を調節する反応
制御部と、上記第１の反応部および上記第２の反応部が
経路中に含まれるように設けられ上記反応ガスが熱媒と
して循環する循環路とを備え、上記第１の反応部は、積
層体で生成する余剰の熱を、第１の反応部内を流通し上
記反応制御部の設定に従い吸熱反応する上記反応ガスに
反応熱として与えるように構成され、上記第２の反応部
は、第２の反応部内を流通し上記反応制御部の設定に従
い発熱反応する上記反応ガスから反応熱を除去するよう
に構成されたものである。
また、この発明の請求項２の燃料電池発電システムで
は、燃料電池積層体と熱的に結合して設けられた第１の
反応部と、この第１の反応部とは異なる位置に設けられ
た第２の反応部と、上記第１の反応部および上記第２の
反応部において反応温度、反応圧力の設定に応じて熱の
授受を伴う可逆反応が両方向に進行可能な反応ガスと、
上記第２の反応部における反応温度または反応圧力を調
節する反応制御部と、上記第１の反応部および上記第２
の反応部が経路中に含まれるように設けられ上記反応ガ
スを熱媒として循環する循環路とを備え、上記第１の反
応部は、第１の反応部内を流通し上記反応制御部の設定
に従い吸熱反応あるいは発熱反応する上記反応ガスと上
記燃料電池積層体との間で反応熱を授受するように構成
され、上記第２の反応部は、第２の反応部内を流通し上
記反応制御部の設定に従い発熱反応あるいは吸熱反応す
る上記反応ガスに反応熱を除去あるいは供給するように
構成されたものである。
は、燃料電池積層体と熱的に結合して設けられた第１の
反応部と、この第１の反応部とは異なる位置に設けられ
た第２の反応部と、上記第１の反応部および上記第２の
反応部において反応温度、反応圧力の設定に応じて熱の
授受を伴う可逆反応が両方向に進行可能な反応ガスと、
上記第２の反応部における反応温度または反応圧力を調
節する反応制御部と、上記第１の反応部および上記第２
の反応部が経路中に含まれるように設けられ上記反応ガ
スを熱媒として循環する循環路とを備え、上記第１の反
応部は、第１の反応部内を流通し上記反応制御部の設定
に従い吸熱反応あるいは発熱反応する上記反応ガスと上
記燃料電池積層体との間で反応熱を授受するように構成
され、上記第２の反応部は、第２の反応部内を流通し上
記反応制御部の設定に従い発熱反応あるいは吸熱反応す
る上記反応ガスに反応熱を除去あるいは供給するように
構成されたものである。
また、この発明の請求項３の燃料電池発電システムで
は、請求項１の燃料電池発電システムにおいて、循環路
に収容された反応ガスは熱の授受によりメタン化反応ま
たは改質反応が進行する反応ガスであるとともに、上記
循環路中に炭化水素またはアルコール類を含む原燃料ガ
スを供給し、またこの循環路を循環する反応ガスの一部
を燃料電池積層体に燃料ガスとして供給するガス供給手
段を備えたものである。
は、請求項１の燃料電池発電システムにおいて、循環路
に収容された反応ガスは熱の授受によりメタン化反応ま
たは改質反応が進行する反応ガスであるとともに、上記
循環路中に炭化水素またはアルコール類を含む原燃料ガ
スを供給し、またこの循環路を循環する反応ガスの一部
を燃料電池積層体に燃料ガスとして供給するガス供給手
段を備えたものである。
［作 用］ この発明の請求項１の燃料電池発電システムにおいて
は、循環する反応ガスを第１の反応部で吸熱反応を、第
２の反応部で発熱反応を進行させ燃料電池の冷却を行
い、燃料電池の長寿命且つ効率的な運転が可能になる。
は、循環する反応ガスを第１の反応部で吸熱反応を、第
２の反応部で発熱反応を進行させ燃料電池の冷却を行
い、燃料電池の長寿命且つ効率的な運転が可能になる。
また、この発明の請求項２の燃料電池発電システムに
おいては、燃料電池を冷却するときには、循環する反応
ガスを第１の反応部では吸熱反応を第２の反応部では発
熱反応を進行させ、また燃料電池を加熱するときには、
２つの反応部でその逆の反応を進行させ、燃料電池の加
熱・冷却を行い、燃料電池の長寿命且つ効率的な運転が
可能になる。
おいては、燃料電池を冷却するときには、循環する反応
ガスを第１の反応部では吸熱反応を第２の反応部では発
熱反応を進行させ、また燃料電池を加熱するときには、
２つの反応部でその逆の反応を進行させ、燃料電池の加
熱・冷却を行い、燃料電池の長寿命且つ効率的な運転が
可能になる。
また、この発明の請求項３の燃料電池発電システムに
おいては、循環する反応ガスを第１の反応部で吸熱反応
を、第２の反応部で発熱反応を進行させて燃料電池の冷
却を行い、燃料電池の長寿命且つ効率的な運転を行うと
ともに、上記反応ガスの循環系が原燃料ガスの燃料処理
系としても機能し、燃料電池の排熱を利用した効率的な
発電システムが得られる。
おいては、循環する反応ガスを第１の反応部で吸熱反応
を、第２の反応部で発熱反応を進行させて燃料電池の冷
却を行い、燃料電池の長寿命且つ効率的な運転を行うと
ともに、上記反応ガスの循環系が原燃料ガスの燃料処理
系としても機能し、燃料電池の排熱を利用した効率的な
発電システムが得られる。
［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による燃料電池発電システムを
示す構成図である。図において、（1a）は燃料電池部
分、（1b）は燃料ガス流路、（1c）は酸化ガス流路、
（10）は上記燃料電池部分（1a）を単数または複数積層
した燃料電池積層体、（６）は上記燃料電池積層体（1
0）に隣接することにより熱的に結合して設けられ、か
つ内部に改質触媒（図示省略）を保持する第１の反応部
である。（１）は上記燃料電池積層体（10）、第１の反
応部（６）を主要な構成要素として構成される燃料電池
装置である。
図はこの発明の一実施例による燃料電池発電システムを
示す構成図である。図において、（1a）は燃料電池部
分、（1b）は燃料ガス流路、（1c）は酸化ガス流路、
（10）は上記燃料電池部分（1a）を単数または複数積層
した燃料電池積層体、（６）は上記燃料電池積層体（1
0）に隣接することにより熱的に結合して設けられ、か
つ内部に改質触媒（図示省略）を保持する第１の反応部
である。（１）は上記燃料電池積層体（10）、第１の反
応部（６）を主要な構成要素として構成される燃料電池
装置である。
（７）は内部に触媒（図示省略）を保持する反応装置
からなる第２の反応部、（８）は第１の反応部（６）と
第２の反応部（７）を経路の中に含むように設けられた
循環路、（３）は熱媒である可燃性ガスからなる反応ガ
ス（Ｆ）を上記第１の反応部（６）と第２の反応部
（７）との間で矢印の方向に循環するための循環ブロ
ワ、（９）は上記第２の反応部（７）の触媒層の温度を
熱媒（Ｇ）によって制御する反応制御部である。（５）
は上記第１及び第２の反応部（6,7）、循環路（８）、
反応制御部（９）、およびブロワ（３）などから構成さ
れ、燃料電池積層体（10）の温度制御を行う温度制御手
段である。その他の符号は上記従来装置と同様であるか
ら説明は省略する。
からなる第２の反応部、（８）は第１の反応部（６）と
第２の反応部（７）を経路の中に含むように設けられた
循環路、（３）は熱媒である可燃性ガスからなる反応ガ
ス（Ｆ）を上記第１の反応部（６）と第２の反応部
（７）との間で矢印の方向に循環するための循環ブロ
ワ、（９）は上記第２の反応部（７）の触媒層の温度を
熱媒（Ｇ）によって制御する反応制御部である。（５）
は上記第１及び第２の反応部（6,7）、循環路（８）、
反応制御部（９）、およびブロワ（３）などから構成さ
れ、燃料電池積層体（10）の温度制御を行う温度制御手
段である。その他の符号は上記従来装置と同様であるか
ら説明は省略する。
次に動作について説明する。まず、冷却動作について
説明する。
説明する。
燃料電池装置（１）の定常負荷動作時においては、燃
料電池積層体（10）において、例えば出力電力の凡そ30
〜70％の余剰の熱量を生成するため、それらの余剰熱を
効率良く除去してやる必要がある。第１図に示す実施例
では、内部に触媒を保持した第１の反応部（６）に、炭
化水素またはアルコール類及びスチームを含む反応ガス
（Ｆ）を導入し、この第１の反応部（６）において吸熱
反応である改質反応を進行せしめることにより燃料電池
積層体（10）の冷却を行う。このとき、例えば燃料電池
が溶融炭酸塩形の燃料電池である場合には、一般的な動
作温度である600〜700℃の動作温度において式（１）〜
（３）に示す改質反応が右向きに進行する。
料電池積層体（10）において、例えば出力電力の凡そ30
〜70％の余剰の熱量を生成するため、それらの余剰熱を
効率良く除去してやる必要がある。第１図に示す実施例
では、内部に触媒を保持した第１の反応部（６）に、炭
化水素またはアルコール類及びスチームを含む反応ガス
（Ｆ）を導入し、この第１の反応部（６）において吸熱
反応である改質反応を進行せしめることにより燃料電池
積層体（10）の冷却を行う。このとき、例えば燃料電池
が溶融炭酸塩形の燃料電池である場合には、一般的な動
作温度である600〜700℃の動作温度において式（１）〜
（３）に示す改質反応が右向きに進行する。
上記（１）〜（３）に示す改質反応の結果による水
素、一酸化炭素、二酸化炭素を主要な成分とする反応ガ
ス（F1）は循環ブロワ（３）の働きにより第２の反応部
（７）に供給される。ここで第２の反応部（７）は第１
の反応部（６）と同様、内部に改質触媒を有する反応器
であるが、反応制御部（９）により温度調節用熱媒
（Ｇ）を用いて第１の反応部（６）の動作温度（600〜7
00℃）よりも低い動作温度（例えば450〜550℃）に設定
される。
素、一酸化炭素、二酸化炭素を主要な成分とする反応ガ
ス（F1）は循環ブロワ（３）の働きにより第２の反応部
（７）に供給される。ここで第２の反応部（７）は第１
の反応部（６）と同様、内部に改質触媒を有する反応器
であるが、反応制御部（９）により温度調節用熱媒
（Ｇ）を用いて第１の反応部（６）の動作温度（600〜7
00℃）よりも低い動作温度（例えば450〜550℃）に設定
される。
ここで式（３）に示したメタンの改質反応は可逆反応
であり、動作温度が低くなるに従い式（３）において左
向きのメタン生成反応（メタン化反応）が進行する傾向
を持つ。この傾向に従い、反応ガス（F1）に含まれる水
素、一酸化炭素はメタン化反応（式（３）において左向
きの反応）の進行によりメタンに変換され、それと共に
反応熱を生成する（発熱反応）。メタン化反応の進行を
保つためには第２の反応部（７）の温度を第１の反応部
（６）の動作温度よりも低く保つ必要があり、発熱反応
で生成した発熱を第２の反応部（７）から取り出してや
る必要がある。第１図に示す実施例では反応制御部
（９）により温度調節用熱媒（Ｇ）を用いて第２の反応
部（７）の冷却を行い、第２の反応部（７）の動作温度
を所定の温度に保つ。このとき、第２の反応部（７）に
おいて放出された排熱（メタン化反応の際の発熱）は、
元来第１の反応部（６）の機能により燃料電池積層体
（10）から反応ガス（Ｆ）へ放出された燃料電池の排熱
である。そして第２の反応部（７）を通ったメタンおよ
びスチームを主要な成分とする反応ガス（F2）は循環ブ
ロワ（３）の助けにより第１の反応部（６）に再び供給
され、改質反応式（３）の進行により燃料電池積層体
（10）を冷却する熱媒として再び機能する。
であり、動作温度が低くなるに従い式（３）において左
向きのメタン生成反応（メタン化反応）が進行する傾向
を持つ。この傾向に従い、反応ガス（F1）に含まれる水
素、一酸化炭素はメタン化反応（式（３）において左向
きの反応）の進行によりメタンに変換され、それと共に
反応熱を生成する（発熱反応）。メタン化反応の進行を
保つためには第２の反応部（７）の温度を第１の反応部
（６）の動作温度よりも低く保つ必要があり、発熱反応
で生成した発熱を第２の反応部（７）から取り出してや
る必要がある。第１図に示す実施例では反応制御部
（９）により温度調節用熱媒（Ｇ）を用いて第２の反応
部（７）の冷却を行い、第２の反応部（７）の動作温度
を所定の温度に保つ。このとき、第２の反応部（７）に
おいて放出された排熱（メタン化反応の際の発熱）は、
元来第１の反応部（６）の機能により燃料電池積層体
（10）から反応ガス（Ｆ）へ放出された燃料電池の排熱
である。そして第２の反応部（７）を通ったメタンおよ
びスチームを主要な成分とする反応ガス（F2）は循環ブ
ロワ（３）の助けにより第１の反応部（６）に再び供給
され、改質反応式（３）の進行により燃料電池積層体
（10）を冷却する熱媒として再び機能する。
このように反応ガス（Ｆ）を第１の反応部（６）及び
第２の反応部（７）の間で循環し、第１の反応部（６）
では吸熱反応、第２の反応部（７）では発熱反応させる
ことにより燃料電池積層体（10）の冷却が行われる。
第２の反応部（７）の間で循環し、第１の反応部（６）
では吸熱反応、第２の反応部（７）では発熱反応させる
ことにより燃料電池積層体（10）の冷却が行われる。
次に加熱動作について説明する。燃料電池装置を無負
荷状態で保持する場合、あるいは小負荷で運転する場合
には、放熱および反応ガスの持ち去る除去熱の方が負荷
による生成熱よりも大きい。従って燃料電池装置の温度
を保持するためには燃料電池積層体（10）を加熱する必
要がある。第１図に示す実施例では、例えば第２の反応
部（７）の動作温度を反応制御部（９）により温度調節
用熱媒（Ｇ）を用いて第１の反応部（６）の動作温度よ
りも高く保つことにより、第２の反応部（７）で吸熱反
応である改質反応を、第１の反応部（６）で発熱反応で
あるメタン化反応を進行させ、燃料電池積層体（10）の
加熱を行うことができる。
荷状態で保持する場合、あるいは小負荷で運転する場合
には、放熱および反応ガスの持ち去る除去熱の方が負荷
による生成熱よりも大きい。従って燃料電池装置の温度
を保持するためには燃料電池積層体（10）を加熱する必
要がある。第１図に示す実施例では、例えば第２の反応
部（７）の動作温度を反応制御部（９）により温度調節
用熱媒（Ｇ）を用いて第１の反応部（６）の動作温度よ
りも高く保つことにより、第２の反応部（７）で吸熱反
応である改質反応を、第１の反応部（６）で発熱反応で
あるメタン化反応を進行させ、燃料電池積層体（10）の
加熱を行うことができる。
上記実施例において上に述べた原理により効率良く燃
料電池積層体（10）の温度制御を行うためには、第２の
反応部（７）の動作温度の設定が重要である。第３図に
メタンの分解率の改質温度依存を示す。
料電池積層体（10）の温度制御を行うためには、第２の
反応部（７）の動作温度の設定が重要である。第３図に
メタンの分解率の改質温度依存を示す。
冷却動作について考えると、例えば第１の反応部
（６）の改質温度が650℃、第２の反応部（７）の改質
温度500℃であるとすると両条件でのメタンの分解率の
差は46％である。上記実施例においては改質反応・メタ
ン化反応に伴う吸・発熱を熱媒の熱のやりとりに利用し
ているが、反応熱はガスの顕熱に比べてガス（熱媒）の
体積当たり２桁程度大きく、小流量のガス量で効率的な
熱のやりとりが行える。上に述べた温度条件では単なる
顕熱を利用した熱媒に比し、必要なガス流量を1/150〜1
/50に低減でき、配管を小さくすることが可能で放熱も
減り、またブロワ動力の低減も行える。また燃料電池積
層体（10）で放出された排熱の殆どは熱媒の有する化学
エネルギーの形で第２の反応部（７）に輸送される。化
学エネルギーの形で蓄えられた排熱に関しては放熱によ
るロスがなく、従って全体として放熱によるロスを低減
できる。また、第１の反応部（６）における改質反応の
進行には改質触媒の存在が不可欠であり、従って改質触
媒の配置を適正化することにより第１の反応部（６）の
面内の温度分布を容易に制御できる。このことは単に顕
熱を用いた温度調節器に比べて大きな長所である。
（６）の改質温度が650℃、第２の反応部（７）の改質
温度500℃であるとすると両条件でのメタンの分解率の
差は46％である。上記実施例においては改質反応・メタ
ン化反応に伴う吸・発熱を熱媒の熱のやりとりに利用し
ているが、反応熱はガスの顕熱に比べてガス（熱媒）の
体積当たり２桁程度大きく、小流量のガス量で効率的な
熱のやりとりが行える。上に述べた温度条件では単なる
顕熱を利用した熱媒に比し、必要なガス流量を1/150〜1
/50に低減でき、配管を小さくすることが可能で放熱も
減り、またブロワ動力の低減も行える。また燃料電池積
層体（10）で放出された排熱の殆どは熱媒の有する化学
エネルギーの形で第２の反応部（７）に輸送される。化
学エネルギーの形で蓄えられた排熱に関しては放熱によ
るロスがなく、従って全体として放熱によるロスを低減
できる。また、第１の反応部（６）における改質反応の
進行には改質触媒の存在が不可欠であり、従って改質触
媒の配置を適正化することにより第１の反応部（６）の
面内の温度分布を容易に制御できる。このことは単に顕
熱を用いた温度調節器に比べて大きな長所である。
以上のように上記実施例によれば第１の反応部及び第
２の反応部に保持された触媒の働きにより、それぞれ改
質反応あるいはメタン化反応の何れか一方ずつを進行せ
しめ、改質反応に伴う吸熱、メタン化反応に伴う発熱を
利用して燃料電池装置の温度制御を行うことができる。
この実施例の温度制御手段では熱媒である可燃性ガスの
化学エネルギーの形で熱の授受、輸送を行うため、少量
の熱媒循環量で放熱の悪影響が少なく、またブロワ動力
の小さな効率の良い燃料電池装置の温度制御が行える。
また改質触媒の配置を適正化することにより、燃料電池
装置の均一な冷却・加熱が容易に実現できる。
２の反応部に保持された触媒の働きにより、それぞれ改
質反応あるいはメタン化反応の何れか一方ずつを進行せ
しめ、改質反応に伴う吸熱、メタン化反応に伴う発熱を
利用して燃料電池装置の温度制御を行うことができる。
この実施例の温度制御手段では熱媒である可燃性ガスの
化学エネルギーの形で熱の授受、輸送を行うため、少量
の熱媒循環量で放熱の悪影響が少なく、またブロワ動力
の小さな効率の良い燃料電池装置の温度制御が行える。
また改質触媒の配置を適正化することにより、燃料電池
装置の均一な冷却・加熱が容易に実現できる。
なお、上記実施例では可逆反応し得る反応ガスとし
て、改質反応及びメタン化反応するガスを用いたが、必
ずしもこれのみに限定されるものではない。目的とする
温度制御の温度域等に応じて他の反応種を用いて差し支
えない。触媒の種類、量なども適宜変更し得ることは勿
論である。
て、改質反応及びメタン化反応するガスを用いたが、必
ずしもこれのみに限定されるものではない。目的とする
温度制御の温度域等に応じて他の反応種を用いて差し支
えない。触媒の種類、量なども適宜変更し得ることは勿
論である。
第２図は請求項３の発明の一実施例による燃料電池発
電システムを示す構成図である。図において、（Ｈ）は
炭酸水素またはアルコール類及びスチームを主要な成分
とする燃料電池用原燃料ガスを示す。（11）はガス供給
手段であり、この実施例では原燃料ガス（Ｈ）を可燃性
ガスの循環系（８）で改質した後、水素を主要な成分と
する燃料ガス（Ａ）として燃料電池積層体（10）の燃料
ガス流路（1b）に供給するように構成されている。その
他の符号は上記第１図に示す実施例と同様である。
電システムを示す構成図である。図において、（Ｈ）は
炭酸水素またはアルコール類及びスチームを主要な成分
とする燃料電池用原燃料ガスを示す。（11）はガス供給
手段であり、この実施例では原燃料ガス（Ｈ）を可燃性
ガスの循環系（８）で改質した後、水素を主要な成分と
する燃料ガス（Ａ）として燃料電池積層体（10）の燃料
ガス流路（1b）に供給するように構成されている。その
他の符号は上記第１図に示す実施例と同様である。
次に動作について説明する。第２図に示す実施例にお
いては、第１の反応部（６）と第２の反応部（７）と循
環路（８）を主要な構成要素とし、燃料電池積層体（1
0）の温度制御を行う温度制御手段（５）を、燃料電池
積層体（10）の温度制御と共に、炭化水素またはアルコ
ール類を主要な成分とする燃料電池の原燃料ガス（Ｈ）
の燃料処理系としても利用している。
いては、第１の反応部（６）と第２の反応部（７）と循
環路（８）を主要な構成要素とし、燃料電池積層体（1
0）の温度制御を行う温度制御手段（５）を、燃料電池
積層体（10）の温度制御と共に、炭化水素またはアルコ
ール類を主要な成分とする燃料電池の原燃料ガス（Ｈ）
の燃料処理系としても利用している。
まず、冷却動作状態について説明する。外部より供給
された炭化水素またはアルコール類を主要な成分とする
原燃料ガス（Ｈ）は可燃性ガスの循環系（８）に（11
a）で示した位置より供給される。定常負荷動作状態に
おいては燃料電池積層体（10）を冷却するため、第１の
反応部（６）で改質反応が、第２の反応部（７）でメタ
ン化反応が進行するように反応制御部（９）により制御
されているが、上記原燃料ガス（Ｈ）は式（１）〜式
（３）に従い第１の反応部（６）で改質され、水素を主
要な成分とする燃料ガスに転換された後、その一部は燃
料ガス（Ａ）としての循環路（８）から（11b）部より
取り出され、燃料電池積層体（10）の燃料ガス流路（1
b）に（Ａ）で示すように供給され発電に供される。
された炭化水素またはアルコール類を主要な成分とする
原燃料ガス（Ｈ）は可燃性ガスの循環系（８）に（11
a）で示した位置より供給される。定常負荷動作状態に
おいては燃料電池積層体（10）を冷却するため、第１の
反応部（６）で改質反応が、第２の反応部（７）でメタ
ン化反応が進行するように反応制御部（９）により制御
されているが、上記原燃料ガス（Ｈ）は式（１）〜式
（３）に従い第１の反応部（６）で改質され、水素を主
要な成分とする燃料ガスに転換された後、その一部は燃
料ガス（Ａ）としての循環路（８）から（11b）部より
取り出され、燃料電池積層体（10）の燃料ガス流路（1
b）に（Ａ）で示すように供給され発電に供される。
次に加熱動作状態について説明する。加熱動作は請求
項３の発明において必須の機能ではないが、ほぼ同様の
構成で加熱動作も可能である。加熱動作状態においては
第１の反応部（６）でメタン化反応が、第２の反応部
（７）で改質反応が進行するように反応制御部（９）に
より制御される。従って、可燃性ガスの循環路（８）に
（11c）の位置から投入された原燃料ガスは第２の反応
部（７）で改質された後、燃料ガス（Ａ）として循環路
（８）の（11d）部から一部取り出され、燃料ガス流路
（1b）に（Ａ）で示すように供給される。なお、第１の
反応部（６）、第２の反応部（７）を用いた温度制御手
段（５）による燃料電池積層体（10）の冷却・加熱制御
については第１図に示した実施例と同様である。
項３の発明において必須の機能ではないが、ほぼ同様の
構成で加熱動作も可能である。加熱動作状態においては
第１の反応部（６）でメタン化反応が、第２の反応部
（７）で改質反応が進行するように反応制御部（９）に
より制御される。従って、可燃性ガスの循環路（８）に
（11c）の位置から投入された原燃料ガスは第２の反応
部（７）で改質された後、燃料ガス（Ａ）として循環路
（８）の（11d）部から一部取り出され、燃料ガス流路
（1b）に（Ａ）で示すように供給される。なお、第１の
反応部（６）、第２の反応部（７）を用いた温度制御手
段（５）による燃料電池積層体（10）の冷却・加熱制御
については第１図に示した実施例と同様である。
上記請求項２の発明の実施例によれば、燃料電池装置
（１）の温度制御系（５）が原燃料ガスの燃料処理装置
を兼ねており、発電システムの簡素化・燃料電池の排熱
の有効利用が達成できる。更に、燃料電池積層体（10）
として燃料ガス流路（1b）に改質触媒を有する内部改質
形の燃料電池積層体を利用した場合、燃料電池の動作温
度の制約のため第１の反応部（６）において化学平衡上
未分解であった炭化水素も内部改質反応の進行により容
易に水素に変換でき原燃料ガスの有効利用が図れ、発電
効率の一層の向上が得られる。さらに、燃料電池装置に
おいて生成する余剰の排熱を利用して原燃料の改質を行
うという点、燃料ガス流路に改質触媒を保持する内部改
質形燃料電池発電システムと同等の機能を有している
が、この実施例による燃料電池発電システムは更に次の
ような長所を有している。
（１）の温度制御系（５）が原燃料ガスの燃料処理装置
を兼ねており、発電システムの簡素化・燃料電池の排熱
の有効利用が達成できる。更に、燃料電池積層体（10）
として燃料ガス流路（1b）に改質触媒を有する内部改質
形の燃料電池積層体を利用した場合、燃料電池の動作温
度の制約のため第１の反応部（６）において化学平衡上
未分解であった炭化水素も内部改質反応の進行により容
易に水素に変換でき原燃料ガスの有効利用が図れ、発電
効率の一層の向上が得られる。さらに、燃料電池装置に
おいて生成する余剰の排熱を利用して原燃料の改質を行
うという点、燃料ガス流路に改質触媒を保持する内部改
質形燃料電池発電システムと同等の機能を有している
が、この実施例による燃料電池発電システムは更に次の
ような長所を有している。
定常負荷動作条件においては、従来の内部改質形発
電システムにおいても冷却負荷が過大のため内部改質反
応による冷却と反応ガスによる冷却を併用する必要があ
り、燃料電池装置の温度制御が難しく複雑で、かつ均一
な温度分布を得ることが難しい。一方、この実施例では
例えば、可燃性ガス（Ｆ）の循環量を調節することによ
り改質反応を利用した冷却だけで燃料電池装置の冷却が
可能である。従って、温度制御が効率良く容易に行え
る。また、内部改質反応とは異なり、電極反応と改質反
応とが分離されているため、第１の反応部（６）の改質
触媒の配置の自由度が大きく、その適正化により温度化
が図り易い。
電システムにおいても冷却負荷が過大のため内部改質反
応による冷却と反応ガスによる冷却を併用する必要があ
り、燃料電池装置の温度制御が難しく複雑で、かつ均一
な温度分布を得ることが難しい。一方、この実施例では
例えば、可燃性ガス（Ｆ）の循環量を調節することによ
り改質反応を利用した冷却だけで燃料電池装置の冷却が
可能である。従って、温度制御が効率良く容易に行え
る。また、内部改質反応とは異なり、電極反応と改質反
応とが分離されているため、第１の反応部（６）の改質
触媒の配置の自由度が大きく、その適正化により温度化
が図り易い。
本実施例においては燃料電池積層体（10）の加熱も
可能である。
可能である。
なお、上記実施例ではメタンの分解率の改質温度依存
性を利用して第１の反応部（６）、第２の反応部（７）
において各々改質反応、メタン化反応の何れか一方ずつ
を進行せしめる例を示したが、これに限定されるもので
はなく、例えばメタンの分解率の動作圧力依存性を利用
してもよい。例えば、冷却動作時では第１の反応部
（６）における改質反応により生成した水素、一酸化炭
素、二酸化炭素を主要な成分とする可燃性ガス（Ｆ）を
第２の反応部（７）において昇圧することにより、メタ
ン化せしめることが可能である。このとき第２の反応部
（７）の動作温度は第１図に示した実施例よりも高く設
定することができ、有効な排熱利用が図れる。また加圧
に要した動力は可燃性ガス（Ｆ）を第２の反応部（７）
より第１の反応部（６）へ供給する際の降圧時において
回収が可能である。この場合、反応制御部（９）は、第
２の反応部（７）の動作圧力および動作温度を調節設定
することにより、第１の反応部（６）および第２の反応
部（７）における反応の方向を決定するように機能して
いる。
性を利用して第１の反応部（６）、第２の反応部（７）
において各々改質反応、メタン化反応の何れか一方ずつ
を進行せしめる例を示したが、これに限定されるもので
はなく、例えばメタンの分解率の動作圧力依存性を利用
してもよい。例えば、冷却動作時では第１の反応部
（６）における改質反応により生成した水素、一酸化炭
素、二酸化炭素を主要な成分とする可燃性ガス（Ｆ）を
第２の反応部（７）において昇圧することにより、メタ
ン化せしめることが可能である。このとき第２の反応部
（７）の動作温度は第１図に示した実施例よりも高く設
定することができ、有効な排熱利用が図れる。また加圧
に要した動力は可燃性ガス（Ｆ）を第２の反応部（７）
より第１の反応部（６）へ供給する際の降圧時において
回収が可能である。この場合、反応制御部（９）は、第
２の反応部（７）の動作圧力および動作温度を調節設定
することにより、第１の反応部（６）および第２の反応
部（７）における反応の方向を決定するように機能して
いる。
また第２図に示した実施例では、ガス供給手段（11）
として、原燃料ガス（Ｆ）の可燃性ガスの循環路（８）
へ供給または排出箇所を加熱動作状態と冷却動作状態と
で別々に用いる例を示したが、同一であってもよく、ま
た供給または排出箇所も第２図に示した箇所に限るもの
ではない。例えば加熱動作状態が主として、無負荷状態
での燃料電池装置の保持であったり、また燃料電池積層
体が内部改質形のものである場合には、燃料ガス（Ａ）
としてメタンの分解率が少々低くても問題なく、第２図
において加熱動作状態での可燃性ガスの供給・排出箇所
を冷却動作状態での供給・排出箇所と同一の箇所として
もよい。比較的低温での改質反応の結果可燃性ガスの循
環系において未分解である原燃料ガス中の炭化水素・ア
ルコール類も燃料電池積層体内部で内部改質され、原燃
料の有効利用により発電効率の改善が得られるという効
果がある。
として、原燃料ガス（Ｆ）の可燃性ガスの循環路（８）
へ供給または排出箇所を加熱動作状態と冷却動作状態と
で別々に用いる例を示したが、同一であってもよく、ま
た供給または排出箇所も第２図に示した箇所に限るもの
ではない。例えば加熱動作状態が主として、無負荷状態
での燃料電池装置の保持であったり、また燃料電池積層
体が内部改質形のものである場合には、燃料ガス（Ａ）
としてメタンの分解率が少々低くても問題なく、第２図
において加熱動作状態での可燃性ガスの供給・排出箇所
を冷却動作状態での供給・排出箇所と同一の箇所として
もよい。比較的低温での改質反応の結果可燃性ガスの循
環系において未分解である原燃料ガス中の炭化水素・ア
ルコール類も燃料電池積層体内部で内部改質され、原燃
料の有効利用により発電効率の改善が得られるという効
果がある。
また、第２の反応部（７）においては、冷却動作状態
および加熱動作状態においてそれぞれ触媒を保持した反
応層を冷却または加熱する必要がある。第１図及び第２
図に示した実施例では反応制御部（９）として、温度調
節用熱媒（Ｇ）を用いて冷却・加熱を行う場合を示した
が、これが限定されるものではなく、例えば第２の反応
部（７）の内部に燃焼器を設けて加熱を行ってもよい。
具体的には燃料電池発電システムにおいては例えば、燃
料電池装置（１）で未利用の燃料排出ガス（Ｅ）を燃焼
器用燃料ガスとして利用可能である。また冷却動作時に
おいて第２の反応部（７）において生成する排熱は発電
システムにおいて酸化ガス（Ｂ）の予熱やスチームの発
生に有効に利用でるき。
および加熱動作状態においてそれぞれ触媒を保持した反
応層を冷却または加熱する必要がある。第１図及び第２
図に示した実施例では反応制御部（９）として、温度調
節用熱媒（Ｇ）を用いて冷却・加熱を行う場合を示した
が、これが限定されるものではなく、例えば第２の反応
部（７）の内部に燃焼器を設けて加熱を行ってもよい。
具体的には燃料電池発電システムにおいては例えば、燃
料電池装置（１）で未利用の燃料排出ガス（Ｅ）を燃焼
器用燃料ガスとして利用可能である。また冷却動作時に
おいて第２の反応部（７）において生成する排熱は発電
システムにおいて酸化ガス（Ｂ）の予熱やスチームの発
生に有効に利用でるき。
なお、上記実施例はこの発明の理解を容易にするため
に示した一例に過ぎず、上記の他この発明の精神の範囲
内で種々の変形や変更が可能であることは勿論である。
に示した一例に過ぎず、上記の他この発明の精神の範囲
内で種々の変形や変更が可能であることは勿論である。
［発明の効果］ 以上のように、請求項１の発明によれば、燃料電池積
層体の温度を調節する温度制御手段は、燃料電池積層体
と熱的に結合して設けられた第１の反応部と、この第１
の反応部とは異なる位置に設けられた第２の反応部と、
上記第１の反応部および上記第２の反応部において反応
温度、反応圧力の設定に応じて熱の授受を伴う可逆反応
が両方向に進行可能な反応ガスと、上記第２の反応部に
おける反応温度または反応圧力を調節する反応制御部
と、上記第１の反応部および上記第２の反応部が経路中
に含まれるように設けられ上記反応ガスが熱媒として循
環する循環路とを備え、上記第１の反応部は、積層体で
生成する余剰の熱を、第１の反応部内を流通し上記反応
制御部の設定に従い吸熱反応する上記反応ガスに反応熱
として与えるように構成され、上記第２の反応部は、第
２の反応部内を流通し上記反応制御部の設定に従い発熱
反応する上記反応ガスから反応熱を除去するように構成
されたので、少量の熱媒の循環で効率よく燃料電池積層
体の冷却が行え、ブロワ動力損なども低減し得る燃料電
池発電システムが得られる効果がある。
層体の温度を調節する温度制御手段は、燃料電池積層体
と熱的に結合して設けられた第１の反応部と、この第１
の反応部とは異なる位置に設けられた第２の反応部と、
上記第１の反応部および上記第２の反応部において反応
温度、反応圧力の設定に応じて熱の授受を伴う可逆反応
が両方向に進行可能な反応ガスと、上記第２の反応部に
おける反応温度または反応圧力を調節する反応制御部
と、上記第１の反応部および上記第２の反応部が経路中
に含まれるように設けられ上記反応ガスが熱媒として循
環する循環路とを備え、上記第１の反応部は、積層体で
生成する余剰の熱を、第１の反応部内を流通し上記反応
制御部の設定に従い吸熱反応する上記反応ガスに反応熱
として与えるように構成され、上記第２の反応部は、第
２の反応部内を流通し上記反応制御部の設定に従い発熱
反応する上記反応ガスから反応熱を除去するように構成
されたので、少量の熱媒の循環で効率よく燃料電池積層
体の冷却が行え、ブロワ動力損なども低減し得る燃料電
池発電システムが得られる効果がある。
また、請求項２の発明によれば、燃料電池積層体と熱
的に結合して設けられた第１の反応部と、この第１の反
応部とは異なる位置に設けられた第２の反応部と、上記
第１の反応部および上記第２の反応部において反応温
度、反応圧力の設定に応じて熱の授受を伴う可逆反応が
両方向に進行可能な反応ガスと、上記第２の反応部にお
ける反応温度または反応圧力を調節する反応制御部と、
上記第１の反応部および上記第２の反応部が経路中に含
まれるように設けられ上記反応ガスを熱媒として循環す
る循環路とを備え、上記第１の反応部は、第１の反応部
内を流通し上記反応制御部の設定に従い吸熱反応あるい
は発熱反応する上記反応ガスと上記燃料電池積層体との
間で反応熱を授受するように構成され、上記第２の反応
部は、第２の反応部内を流通し上記反応制御部の設定に
従い発熱反応あるいは吸熱反応する上記反応ガスに反応
熱を除去あるいは供給するように構成されたので、少量
の熱媒の循環で効率よく燃料電池積層体の加熱・冷却が
行え、プロワ動力損なども低減し得る燃料電池発電シス
テムが得られる効果がある。
的に結合して設けられた第１の反応部と、この第１の反
応部とは異なる位置に設けられた第２の反応部と、上記
第１の反応部および上記第２の反応部において反応温
度、反応圧力の設定に応じて熱の授受を伴う可逆反応が
両方向に進行可能な反応ガスと、上記第２の反応部にお
ける反応温度または反応圧力を調節する反応制御部と、
上記第１の反応部および上記第２の反応部が経路中に含
まれるように設けられ上記反応ガスを熱媒として循環す
る循環路とを備え、上記第１の反応部は、第１の反応部
内を流通し上記反応制御部の設定に従い吸熱反応あるい
は発熱反応する上記反応ガスと上記燃料電池積層体との
間で反応熱を授受するように構成され、上記第２の反応
部は、第２の反応部内を流通し上記反応制御部の設定に
従い発熱反応あるいは吸熱反応する上記反応ガスに反応
熱を除去あるいは供給するように構成されたので、少量
の熱媒の循環で効率よく燃料電池積層体の加熱・冷却が
行え、プロワ動力損なども低減し得る燃料電池発電シス
テムが得られる効果がある。
また、請求項３の発明によれば、可逆反応し得る反応
ガス循環路に第１の反応部と、第２の反応部を設け、上
記第１の反応部を燃料電池積層体に熱的に結合して燃料
電池積層体の冷却を行うように構成すると共に、上記反
応ガスの循環系を原燃料ガスの燃料処理系としても利用
するように構成したので、上記請求項１の発明の効果の
他、燃料電池での排熱を利用したより効率的な燃料電池
発電システムが得られる効果がある。
ガス循環路に第１の反応部と、第２の反応部を設け、上
記第１の反応部を燃料電池積層体に熱的に結合して燃料
電池積層体の冷却を行うように構成すると共に、上記反
応ガスの循環系を原燃料ガスの燃料処理系としても利用
するように構成したので、上記請求項１の発明の効果の
他、燃料電池での排熱を利用したより効率的な燃料電池
発電システムが得られる効果がある。
第１図は請求項１および請求項２の発明の一実施例によ
る燃料電池発電システムを示す構成図、第２図は請求項
３の発明の一実施例による燃料電池発電システムを示す
構成図、第３図はメタンの分解率の改質温度依存性を示
す特性図、第４図は従来の燃料電池発電システムを示す
構成図である。 図において、（１）は燃料電池装置、（５）は温度制御
手段、（６）は第１の反応部、（７）は第２の反応部、
（８）は循環路、（９）は反応制御部、（10）は燃料電
池積層体、（11）はガス供給手段を示す。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
る燃料電池発電システムを示す構成図、第２図は請求項
３の発明の一実施例による燃料電池発電システムを示す
構成図、第３図はメタンの分解率の改質温度依存性を示
す特性図、第４図は従来の燃料電池発電システムを示す
構成図である。 図において、（１）は燃料電池装置、（５）は温度制御
手段、（６）は第１の反応部、（７）は第２の反応部、
（８）は循環路、（９）は反応制御部、（10）は燃料電
池積層体、（11）はガス供給手段を示す。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
Claims (3)
- 【請求項１】燃料ガス電極と酸化ガス電極を有する燃料
電池を単数又は複数積層した燃料電池積層体、この燃料
電池積層体の温度を調節する温度制御手段を備えた燃料
電池発電システムにおいて、上記温度制御手段は、上記
燃料電池積層体と熱的に結合して設けられた第１の反応
部と、この第１の反応部とは異なる位置に設けられた第
２の反応部と、上記第１の反応部および上記第２の反応
部において反応温度、反応圧力の設定に応じて熱の授受
を伴う可逆反応が両方向に進行可能な反応ガスと、上記
第２の反応部における反応温度または反応圧力を調節す
る反応制御部と、上記第１の反応部および上記第２の反
応部が経路中に含まれるように設けられ上記反応ガスが
熱媒として循環する循環路とを備え、 上記第１の反応部は、積層体で生成する余剰の熱を、第
１の反応部内を流通し上記反応制御部の設定に従い吸熱
反応する上記反応ガスに反応熱として与えるように構成
され、上記第２の反応部は、第２の反応部内を流通し上
記反応制御部の設定に従い発熱反応する上記反応ガスか
ら反応熱を除去するように構成されたことを特徴とする
燃料電池発電システム。 - 【請求項２】燃料ガス電極と酸化ガス電極を有する燃料
電池を単数又は複数積層した燃料電池積層体、この燃料
電池積層体の温度を調節する温度制御手段を備えた燃料
電池発電システムにおいて、上記温度制御手段は、上記
燃料電池積層体と熱的に結合して設けられた第１の反応
部と、この第１の反応部とは異なる位置に設けられた第
２の反応部と、上記第１の反応部および上記第２の反応
部において反応温度、反応圧力の設定に応じて熱の授受
を伴う可逆反応が両方向に進行可能な反応ガスと、上記
第２の反応部における反応温度または反応圧力を調節す
る反応制御部と、上記第１の反応部および上記第２の反
応部が経路中に含まれるように設けられ上記反応ガスを
熱媒として循環する循環路とを備え、 上記第１の反応部は、第１の反応部内を流通し上記反応
反応制御部の設定に従い吸熱反応あるいは発熱反応する
上記反応ガスと上記燃料電池積層体との間で反応熱を授
受するように構成され、上記第２の反応部は、第２の反
応部内を流通し上記反応制御部の設定に従い発熱反応あ
るいは吸熱反応する上記反応ガスに反応熱を除去あるい
は供給するように構成されたことを特徴とする燃料電池
発電システム。 - 【請求項３】循環路に収容された反応ガスはメタン化反
応または改質反応が進行する反応ガスであるとともに、
上記循環路中に炭化水素またはアルコール類を含む原燃
料ガスを供給し、またこの循環路を循環する反応ガスの
一部を燃料電池積層体に燃料ガスとして供給するガス供
給手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電
池発電システム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2192974A JP2796181B2 (ja) | 1990-07-23 | 1990-07-23 | 燃料電池発電システム |
| US07/733,900 US5187024A (en) | 1990-07-23 | 1991-07-22 | Fuel cell generating system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2192974A JP2796181B2 (ja) | 1990-07-23 | 1990-07-23 | 燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0479166A JPH0479166A (ja) | 1992-03-12 |
| JP2796181B2 true JP2796181B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=16300135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2192974A Expired - Fee Related JP2796181B2 (ja) | 1990-07-23 | 1990-07-23 | 燃料電池発電システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5187024A (ja) |
| JP (1) | JP2796181B2 (ja) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0741428A1 (en) * | 1995-05-04 | 1996-11-06 | FINMECCANICA S.p.A. AZIENDA ANSALDO | A supply system for fuel cells of the S.P.E. (SOLID POLYMER ELECTROLYTE) type for hybrid vehicles). |
| US6186254B1 (en) * | 1996-05-29 | 2001-02-13 | Xcelliss Fuel Cell Engines Inc. | Temperature regulating system for a fuel cell powered vehicle |
| JP3316393B2 (ja) * | 1996-09-25 | 2002-08-19 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池発電システム及びその運転方法 |
| US5900330A (en) * | 1997-09-25 | 1999-05-04 | Kagatani; Takeo | Power device |
| US6207312B1 (en) | 1998-09-18 | 2001-03-27 | Energy Partners, L.C. | Self-humidifying fuel cell |
| AT407314B (de) * | 1998-11-23 | 2001-02-26 | Vaillant Gmbh | Brennstoffzellenanordnung |
| US6485853B1 (en) | 2000-06-27 | 2002-11-26 | General Motors Corporation | Fuel cell system having thermally integrated, isothermal co-cleansing subsystem |
| WO2003070854A1 (en) * | 2002-02-19 | 2003-08-28 | Honeywell International Inc. | Heat transfer compositions with high electrical resistance for fuel cell assemblies |
| US20040038097A1 (en) * | 2002-08-20 | 2004-02-26 | General Electric Company | Fuel cell assembly and thermal environment control method |
| US20050112436A1 (en) * | 2003-11-25 | 2005-05-26 | Carol Jeffcoate | Methods and devices for heating or cooling fuel cell systems |
| DE102005021981B3 (de) * | 2005-05-12 | 2006-10-26 | Mtu Cfc Solutions Gmbh | Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzellenanordnung und Brennstoffzellenanordnung |
| DE602006016203D1 (de) * | 2005-09-27 | 2010-09-30 | Haldor Topsoe As | Verfahren zur Erzeugung von Elektrizität mittels eines Festelektrolytstapels und Ethanol |
| US7659022B2 (en) * | 2006-08-14 | 2010-02-09 | Modine Manufacturing Company | Integrated solid oxide fuel cell and fuel processor |
| US20070196704A1 (en) * | 2006-01-23 | 2007-08-23 | Bloom Energy Corporation | Intergrated solid oxide fuel cell and fuel processor |
| WO2007087240A2 (en) | 2006-01-23 | 2007-08-02 | Bloom Energy Corporation | Modular fuel cell system |
| US8241801B2 (en) | 2006-08-14 | 2012-08-14 | Modine Manufacturing Company | Integrated solid oxide fuel cell and fuel processor |
| US8920997B2 (en) | 2007-07-26 | 2014-12-30 | Bloom Energy Corporation | Hybrid fuel heat exchanger—pre-reformer in SOFC systems |
| US8852820B2 (en) | 2007-08-15 | 2014-10-07 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell stack module shell with integrated heat exchanger |
| US8288041B2 (en) | 2008-02-19 | 2012-10-16 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell system containing anode tail gas oxidizer and hybrid heat exchanger/reformer |
| US8968958B2 (en) * | 2008-07-08 | 2015-03-03 | Bloom Energy Corporation | Voltage lead jumper connected fuel cell columns |
| US8440362B2 (en) | 2010-09-24 | 2013-05-14 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell mechanical components |
| JP6258037B2 (ja) | 2011-01-06 | 2018-01-10 | ブルーム エナジー コーポレーション | Ｓｏｆｃホットボックスの構成要素 |
| US9755263B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-09-05 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell mechanical components |
| JP6520936B2 (ja) | 2013-10-23 | 2019-05-29 | ブルーム エネルギー コーポレイション | 高級炭化水素の選択的改質のための予備改質器 |
| JP6566425B2 (ja) | 2014-02-12 | 2019-08-28 | ブルーム エネルギー コーポレイション | 統合電気化学的インピーダンス分光法（「ｅｉｓ」）に配慮して複数の燃料電池および電力エレクトロニクスが負荷に並列に給電する燃料電池システムのための構造および方法 |
| US10651496B2 (en) | 2015-03-06 | 2020-05-12 | Bloom Energy Corporation | Modular pad for a fuel cell system |
| US11398634B2 (en) | 2018-03-27 | 2022-07-26 | Bloom Energy Corporation | Solid oxide fuel cell system and method of operating the same using peak shaving gas |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3488226A (en) * | 1965-11-08 | 1970-01-06 | Inst Gas Technology | Process for generation of hydrogen from hydrocarbons and use thereof in molten carbonate fuel cells |
| US3718506A (en) * | 1971-02-22 | 1973-02-27 | Bbc Brown Boveri & Cie | Fuel cell system for reacting hydrocarbons |
| US4182795A (en) * | 1978-07-10 | 1980-01-08 | Energy Research Corporation | Fuel cell thermal control and reforming of process gas hydrocarbons |
| JPS59198669A (ja) * | 1983-04-26 | 1984-11-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池発電プラント |
| JPH081810B2 (ja) * | 1985-02-20 | 1996-01-10 | 三菱電機株式会社 | 内部改質形溶融炭酸塩形燃料電池 |
| JP2581662B2 (ja) * | 1985-02-20 | 1997-02-12 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池発電装置 |
| JPS63224157A (ja) * | 1987-03-12 | 1988-09-19 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池装置 |
| US4994331A (en) * | 1989-08-28 | 1991-02-19 | International Fuel Cells Corporation | Fuel cell evaporative cooling using fuel as a carrier gas |
| JP2899709B2 (ja) * | 1989-11-25 | 1999-06-02 | 石川島播磨重工業株式会社 | 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置 |
-
1990
- 1990-07-23 JP JP2192974A patent/JP2796181B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-07-22 US US07/733,900 patent/US5187024A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5187024A (en) | 1993-02-16 |
| JPH0479166A (ja) | 1992-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2796181B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP2602994B2 (ja) | 燃料電池パワープラント | |
| US5993984A (en) | Fuel cell power generating system and operating method thereof | |
| JP7050117B2 (ja) | 高温燃料電池システムのための再循環を利用する方法及び配置 | |
| WO2010058749A1 (ja) | Ｍｃｆｃ発電システムとその運転方法 | |
| JPH11233129A (ja) | 固体電解質型燃料電池発電システム | |
| JPS61135066A (ja) | 燃料電池パワープラントの運転方法 | |
| KR102503068B1 (ko) | 내부 열교환 구조를 갖는 선택적 산화반응기 및 이를 이용한 연료전지 시스템 | |
| JPH07230819A (ja) | 自己熱交換型断熱プレリフォーマを有する内部改質型固体電解質燃料電池システム | |
| JP2001313053A (ja) | 燃料電池システム | |
| JPS63224157A (ja) | 燃料電池装置 | |
| JP5183118B2 (ja) | 発電システム | |
| JP2634188B2 (ja) | リン酸型燃料電池発電装置 | |
| JP3960001B2 (ja) | 一酸化炭素除去器及び燃料電池システム | |
| JP2009176659A (ja) | 燃料電池発電システムおよびその制御方法 | |
| JP2002100382A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| KR102548739B1 (ko) | 열효율이 우수한 연료전지 시스템 | |
| JPH08339815A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2004119214A (ja) | 燃料電池システム | |
| US20090068509A1 (en) | Process for Operating a Fuel Cell Arrangement and Fuel Cell Arrangement | |
| JPH04101364A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH06104000A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP4273684B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池発電装置とその運転方法 | |
| JPH0629038A (ja) | 燃料電池発電設備の温度制御方法及び装置 | |
| JPS61190865A (ja) | 燃料電池の起動方法およびその装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |