JP2001085039A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

Info

Publication number
JP2001085039A
JP2001085039A JP25718699A JP25718699A JP2001085039A JP 2001085039 A JP2001085039 A JP 2001085039A JP 25718699 A JP25718699 A JP 25718699A JP 25718699 A JP25718699 A JP 25718699A JP 2001085039 A JP2001085039 A JP 2001085039A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
fuel cell
cell system
ratio
reaction
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
Application number
JP25718699A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuki Matsui
伸樹 松井
Shuji Ikegami
周司 池上
Yasunari Okamoto
康令 岡本
Kazuo Yonemoto
和生 米本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
Priority to JP25718699A priority Critical patent/JP2001085039A/en
Priority to EP00956985A priority patent/EP1148024A4/en
Priority to KR1020017005883A priority patent/KR20010075696A/en
Priority to PCT/JP2000/006075 priority patent/WO2001019727A1/en
Priority to CN00801930A priority patent/CN1321136A/en
Publication of JP2001085039A publication Critical patent/JP2001085039A/en
Priority to US11/347,305 priority patent/US20060143983A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination 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
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce external heating quantity and CO quantity, and to effectively use the heat by providing a catalyst for presenting activity to partial oxidation reaction of original fuel and a steam supply means for supplying steam required to perform water gas shift reaction on CO generated by the partial oxidation reaction in a fuel reformer. SOLUTION: Fuel is heated by a burner 19 with air and spray water after desulfurization, and is supplied to a catalyst part of a fuel reformer 5 together with steam generated by heating. Partial oxidation reaction of the fuel is caused on a catalyst of the fuel reformer 5 to generate hydrogen and CO, and at the same time, water gas shift reaction is caused by existing steam to generate hydrogen and carbon dioxide to reduce the CO concentration. The catalyst fore presenting activity to the partial oxidation reaction is filled in the fuel reformer 5, and sprayed water from a water tank 17 is heated by the burner 19 to be formed as steam to be supplied. The partial oxidation reaction and the water gas shift reaction are exothermic reaction so that a heating quantity from an external part is reduced, in its turn, can be obviated after starting the reaction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池システムに
関する。
[0001] The present invention relates to a fuel cell system.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、負極に送り込む水素を燃料
とし、正極に送り込む酸素を酸化剤として、これらを電
解質を通じて反応させる発電器として一般に知られてい
る。この燃料電池に使用する水素は炭化水素又はメタノ
ールを改質することによって生成することができる。
2. Description of the Related Art A fuel cell is generally known as a power generator in which hydrogen supplied to a negative electrode is used as fuel, and oxygen supplied to a positive electrode is used as an oxidant, and these are reacted through an electrolyte. Hydrogen used in this fuel cell can be produced by reforming hydrocarbon or methanol.

【0003】特公昭58−57361号公報には、ロジ
ウム触媒の存在下、炭化水素に、空気、又は空気と酸
素、又は空気と水蒸気を作用させ、部分酸化法によって
水素及びCO(一酸化炭素)を得ることが記載されてい
る。反応温度は690〜900℃である。空気及び酸素
は炭化水素の酸化剤として用いられ、水蒸気は酸化反応
で酸化されずに残る燃料から水蒸気改質反応で水素を生
成する目的に用いられている。従って、炭化水素に空気
と水蒸気とを作用させたときにロジウム触媒上で生ずる
反応は部分酸化反応と水蒸気改質反応である。
[0003] Japanese Patent Publication No. 58-57361 discloses that a hydrocarbon is allowed to react with air, air and oxygen, or air and steam in the presence of a rhodium catalyst, and hydrogen and CO (carbon monoxide) are produced by a partial oxidation method. Is described. The reaction temperature is 690-900C. Air and oxygen are used as oxidizing agents for hydrocarbons, and steam is used for the purpose of generating hydrogen by steam reforming reaction from fuel remaining unoxidized by the oxidation reaction. Therefore, the reactions that occur on a rhodium catalyst when air and water vapor act on hydrocarbons are a partial oxidation reaction and a water vapor reforming reaction.

【0004】特開昭54−76602号公報には、81
5〜1930℃及び1〜250絶対気圧の条件下におい
て、炭化水素に自由酸素を含むガスを作用させ、部分酸
化によって水素とCOとを生成する方法が記載され、ま
た、その際に水蒸気を温度モデレータ、炭化水素燃料の
予熱、分散、移動のために添加することが記載されてい
る。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-76602 discloses 81
A method is described in which a gas containing free oxygen is allowed to act on hydrocarbons under conditions of 5 to 1930 ° C. and 1 to 250 absolute pressure to generate hydrogen and CO by partial oxidation. Moderators are described for the addition of hydrocarbon fuels for preheating, dispersion and transfer.

【0005】特開平6−92603号公報には、炭化水
素と酸素含有ガスと水蒸気とを、触媒の存在下、2〜1
00バールの圧力、750〜1200℃(好ましくは1
000〜1200℃)の温度で部分酸化反応させること
により、水素とCOとを生成することが記載されてい
る。
[0005] JP-A-6-92603 discloses that hydrocarbon, oxygen-containing gas and water vapor are mixed in the presence of a catalyst in the range of 2 to 1%.
00 bar, 750-1200 ° C. (preferably 1
It is described that hydrogen and CO are generated by performing a partial oxidation reaction at a temperature of 000 to 1200 ° C.).

【0006】特開平7−57756号公報には、触媒の
存在下、炭化水素に水蒸気を作用させ、水蒸気改質反応
によって水素及びCOを生成する燃料改質器に、酸素を
導くことによって炭化水素の部分酸化反応を同時に起こ
させるようにした燃料電池発電システムが記載されてい
る。これは、水蒸気改質反応が吸熱反応であるから、発
熱反応である部分酸化反応を利用して水蒸気改質反応に
必要な熱を補うというものである。
[0006] Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-57756 discloses a method in which steam is allowed to act on hydrocarbons in the presence of a catalyst, and the hydrocarbons are introduced into a fuel reformer that generates hydrogen and CO by a steam reforming reaction. Describes a fuel cell power generation system in which a partial oxidation reaction is caused to occur simultaneously. In this method, since the steam reforming reaction is an endothermic reaction, the heat required for the steam reforming reaction is supplemented by utilizing an exothermic partial oxidation reaction.

【0007】特開平10−308230号公報には、触
媒の存在下、炭化水素を部分酸化反応によって水素に改
質する燃料改質器と、この改質の際に生成するCOを水
性ガスシフト反応によって酸化させるCO変成器と、さ
らに残存するCOを選択酸化させる選択酸化器とを備え
た燃料電池発電装置が記載されている。また、上記部分
酸化反応に対して活性を呈する触媒の他に炭化水素の水
蒸気改質反応に対して活性を呈する触媒を上記燃料改質
器に充填するとともに、この改質器に炭化水素、酸素及
び水蒸気を供給することにより、炭化水素の部分酸化反
応と水蒸気改質反応とによって水素を生成することも記
載されている。
[0007] JP-A-10-308230 discloses a fuel reformer for reforming hydrocarbons into hydrogen by a partial oxidation reaction in the presence of a catalyst, and a process for converting CO generated during the reforming by a water gas shift reaction. A fuel cell power generator including a CO converter to be oxidized and a selective oxidizer to selectively oxidize remaining CO is described. The fuel reformer is filled with a catalyst exhibiting activity for the steam reforming reaction of hydrocarbons in addition to the catalyst exhibiting activity for the partial oxidation reaction. It also describes that by supplying steam and steam, hydrogen is generated by a partial oxidation reaction of hydrocarbons and a steam reforming reaction.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述の通り、炭化水素
を部分酸化反応によって水素に改質するに当たり、触媒
の存在下で炭化水素に酸素及び水蒸気を作用させること
は知られているが、その水蒸気は吸熱反応である水蒸気
改質反応を得るために、あるいは温度調節等のために添
加されている。これでは、改質反応を維持するために燃
料改質器に伝熱面積の大きな外部加熱手段を設ける必要
があるとともに、炭化水素の部分酸化反応や水蒸気改質
反応によって生成するCOによって燃料電池の触媒電極
が被毒することを避けるためにこのCOを酸化除去する
大型の変成器を必要とする。
As described above, in reforming hydrocarbons into hydrogen by a partial oxidation reaction, it is known that oxygen and water vapor act on hydrocarbons in the presence of a catalyst. Steam is added to obtain a steam reforming reaction, which is an endothermic reaction, or to control temperature. In this case, it is necessary to provide the fuel reformer with external heating means having a large heat transfer area in order to maintain the reforming reaction, and the CO generated by the partial oxidation reaction of hydrocarbons or the steam reforming reaction causes In order to avoid poisoning of the catalyst electrode, a large transformer for oxidizing and removing this CO is required.

【0009】なお、上記特開平7−57756号公報や
特開平10−308230号公報に記載されているよう
に、水蒸気改質反応による吸熱分を部分酸化反応による
発熱で補うことにより、外部加熱手段を不要にするとい
う考え方もあるが、メタンの場合、水蒸気改質反応の反
応熱は約205kJ/モル(吸熱)であるのに対して、
部分酸化反応の反応熱は約36kJ/モルであって、そ
の熱量差が大きい。従って、主として水蒸気改質反応を
起こさせるために水蒸気を添加するという考え方では外
部加熱手段をなくすことは実際には難しい。
As described in JP-A-7-57756 and JP-A-10-308230, the endothermic component due to the steam reforming reaction is supplemented by the heat generated by the partial oxidation reaction, so that the external heating means is provided. Although there is an idea that the heat of steam reforming reaction is about 205 kJ / mol (endothermic) in the case of methane,
The heat of reaction of the partial oxidation reaction is about 36 kJ / mol, and the difference in calorific value is large. Therefore, it is actually difficult to eliminate the external heating means in view of adding steam mainly for causing a steam reforming reaction.

【0010】すなわち、本発明の課題は、上述の燃料改
質反応を維持するために要求される外部加熱量を少なく
すること、ひいては零にすることを課題の一つとする。
That is, one of the objects of the present invention is to reduce the amount of external heating required to maintain the above-mentioned fuel reforming reaction, and to reduce the amount of external heating to zero.

【0011】また、本発明は、燃料の改質によって生ず
るCO量を極力低減すること、そして、このことにより
CO変成器の負担を軽減することも課題の一つとする。
Another object of the present invention is to reduce the amount of CO generated by fuel reforming as much as possible, and thereby to reduce the burden on the CO converter.

【0012】また、本発明は、燃料電池システム全体と
して熱の有効利用を図ること、そして、システム構成の
簡素化を図ることも課題とする。
Another object of the present invention is to achieve effective use of heat as a whole fuel cell system and to simplify the system configuration.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題に対して、部分酸化反応と水性ガスシフト反応とを逐
次的に進行させようにしている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is to make the partial oxidation reaction and the water gas shift reaction proceed sequentially.

【0014】すなわち、本発明は、炭化水素系の原燃料
を改質して水素を生成するための燃料改質器(5)と、
この燃料改質器(5)によって生成された水素を燃料と
して発電する燃料電池とを備える燃料電池システムにお
いて、上記燃料改質器(5)には、上記原燃料の部分酸
化反応に対して活性を呈する触媒(27)が設けられ、
上記燃料改質器(5)内において上記部分酸化反応によ
って生成するCOを反応物として水性ガスシフト反応を
生ずるように当該改質器(5)に水蒸気を供給する水蒸
気供給手段(35,40)を備えていることを特徴とす
る。
That is, the present invention provides a fuel reformer (5) for reforming a hydrocarbon-based raw fuel to produce hydrogen,
In a fuel cell system comprising: a fuel cell that generates electricity using hydrogen generated by the fuel reformer (5) as a fuel, the fuel reformer (5) has an activity against a partial oxidation reaction of the raw fuel. A catalyst (27) exhibiting
In the fuel reformer (5), steam supply means (35, 40) for supplying steam to the reformer (5) so as to generate a water gas shift reaction using CO generated by the partial oxidation reaction as a reactant. It is characterized by having.

【0015】上記逐次反応を式で表せば次のようにな
る。
The above sequential reaction can be represented by the following formula.

【0016】 CnHm+(n/2)O2→nCO+(m/2)H2 ……(1) CO+H2O→CO2+H2 ……(2) (1)式が部分酸化反応であり、この反応によって目的
とする水素が得られるとともに、同時に生ずるCOが
(2)式の水性ガスシフト反応によって酸化され、その
際に水素が発生する。原料ガスへの水蒸気の添加は
(1)の部分酸化反応における燃料転化率には大きな影
響を与えないが、その添加により(2)の水性ガスシフ
ト反応を生じ易くなる(平衡が生成側に傾く)から、水
素の収率が高くなる。
CnHm + (n / 2) O 2 → nCO + (m / 2) H 2 (1) CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (2) The equation (1) is a partial oxidation reaction. The desired hydrogen is obtained by the reaction, and simultaneously generated CO is oxidized by the water gas shift reaction of the formula (2), thereby generating hydrogen. The addition of water vapor to the raw material gas does not significantly affect the fuel conversion rate in the partial oxidation reaction of (1), but the addition facilitates the water gas shift reaction of (2) (equilibrium is inclined to the generation side). Therefore, the yield of hydrogen increases.

【0017】(1)の部分酸化反応は発熱反応であり、
原燃料CnHmがメタン(CH4)の場合はΔH=−36.
07kJ/molである。(2)の水性ガスシフト反応
も発熱反応であって、ΔH=−41.12kJ/mol
である。従って、改質反応を開始させるために燃料改質
器(5)又は原料ガス(原燃料、酸素又は空気、並びに
水蒸気)を所定温度まで加熱する必要があるものの、反
応が始まった後は、反応を維持するに必要な熱が反応熱
によって得られ、外部からの加熱量を少なくすることが
でき、ひいては外部加熱を不要にすることができる。
The partial oxidation reaction (1) is an exothermic reaction,
ΔH = −36 when the raw fuel CnHm is methane (CH 4 ).
07 kJ / mol. The water gas shift reaction of (2) is also an exothermic reaction, and ΔH = −41.12 kJ / mol.
It is. Therefore, although it is necessary to heat the fuel reformer (5) or the raw material gas (raw fuel, oxygen or air, and steam) to a predetermined temperature in order to start the reforming reaction, after the reaction starts, the reaction starts. Is required by the reaction heat, the amount of external heating can be reduced, and external heating can be eliminated.

【0018】また、(1)の部分酸化反応によって生ず
るCOが(2)の水性ガスシフト反応によって酸化され
るため、当該燃料改質器(5)から燃料電池へ向けて送
られる改質ガスのCO濃度が低くなる。従って、CO変
成器(COを水性ガスシフト反応によって酸化させる)
やCO選択酸化反応器を設ける場合でも、それらの負担
が小さくなり、それらの小型化が図れる。
Further, since the CO generated by the partial oxidation reaction of (1) is oxidized by the water gas shift reaction of (2), the CO of the reformed gas sent from the fuel reformer (5) to the fuel cell is changed. The concentration will be lower. Therefore, CO converter (CO is oxidized by water gas shift reaction)
Even if a CO or CO selective oxidation reactor is provided, the burden on them is reduced, and their size can be reduced.

【0019】上記燃料改質器(5)の出口ガス中のCO
に対するCO2 の比であるCO2 /CO比が0.2以上
となるように上記水性ガスシフト反応を調整すれば、水
素の収率を高め、かつ後段のCO変成器の負荷を減らす
ことができる。
CO in the outlet gas of the fuel reformer (5)
By adjusting the water gas shift reaction so that the CO 2 / CO ratio, which is the ratio of CO 2 to CO 2 , becomes 0.2 or more, the yield of hydrogen can be increased and the load on the subsequent CO converter can be reduced. .

【0020】この点は後述する実施例でさらに明らかに
なるが、CO2 /CO比が高いということは、水性ガス
シフト反応が進んでいるということであり、それによ
り、水素が発生するからである。
This point will be further clarified in the examples described later. The fact that the CO 2 / CO ratio is high means that the water gas shift reaction is in progress, thereby generating hydrogen. .

【0021】上記CO2 /CO比の増大、すなわち、水
性ガスシフト反応の進行には、上記燃料改質器(5)に
対する原燃料と水蒸気との供給割合が関係し、原燃料の
炭素のモル数に対する水蒸気のモル数の比H2 /Cが
0.5以上となるようにすることが好ましい。
The increase in the CO 2 / CO ratio, that is, the progress of the water gas shift reaction depends on the supply ratio of the raw fuel and steam to the fuel reformer (5). Ratio of the number of moles of water vapor to H 2 O It is preferable that / C be 0.5 or more.

【0022】本発明では水蒸気は水性ガスシフト反応の
ために添加されるものであり、H2 /C比が高くなる
と、それによって水性ガスシフト反応が良く進行するこ
とになる。当該比が0.5未満であれば、水性ガスシフ
ト反応が十分に促進されず、得られるガスのCO濃度が
高くなるため、CO変成器の小型化が図れない。また、
水素の収率も向上しない。
In the present invention, water vapor is added for the water gas shift reaction, and H 2 O The higher the / C ratio, the better the water gas shift reaction proceeds. If the ratio is less than 0.5, the water gas shift reaction is not sufficiently promoted, and the CO concentration of the obtained gas increases, so that the size of the CO converter cannot be reduced. Also,
The hydrogen yield also does not improve.

【0023】また、このように当該H2 /C比を0.
5以上にすることにより、水性ガスシフト反応によって
改質ガスのCO濃度が確実に低下するから、CO変成器
の過昇温を防止することができる。すなわち、改質ガス
中のCO濃度が高い場合、該変成器はそこでの水性ガス
シフト反応によって温度が過度に上昇し(例えば、変成
器入口ガス温度よりも100K以上高温になり)、触媒
のシンタリングないしは早期劣化を招くことがあるが、
これが防止される。
Further, as described above, the H 2 O / C ratio to 0.
By setting it to 5 or more, the CO concentration of the reformed gas is surely reduced by the water gas shift reaction, so that it is possible to prevent the CO converter from being overheated. That is, when the CO concentration in the reformed gas is high, the temperature of the converter is excessively increased by the water gas shift reaction there (for example, the temperature is 100 K or more higher than the temperature of the gas at the inlet of the reformer), and the sintering of the catalyst is performed. Or may lead to early deterioration,
This is prevented.

【0024】上記H2 /C比は3以下であることが好
ましい。この比を高めること、すなわち、水蒸気量を多
くすることは上記水性ガスシフト反応を促進する上では
有利になるが、水蒸気量を増やすためにはそれだけ多く
の熱量を必要とし、システム全体としてみたときのエネ
ルギー効率が低下する。そのために、当該比を3以下に
するものである。
The above H 2 O The / C ratio is preferably 3 or less. Increasing this ratio, that is, increasing the amount of water vapor is advantageous in promoting the water gas shift reaction, but increasing the amount of water vapor requires a correspondingly large amount of heat, and as a whole the system Energy efficiency is reduced. Therefore, the ratio is set to 3 or less.

【0025】上記燃料改質器(5)の出口ガス温度は8
00℃以下であることが好ましい。上述の如く部分酸化
反応及び水性ガスシフト反応は発熱反応であるから、吸
熱反応である水蒸気改質反応の場合とは違って当該反応
温度が高くなり過ぎると、反応の進行に不利になるため
である。当該出口ガス温度の下限は450℃程度が好ま
しい。これよりも低温になると、部分酸化反応及び水性
ガスシフト反応が進み難くなるためである。
The outlet gas temperature of the fuel reformer (5) is 8
The temperature is preferably not higher than 00 ° C. As described above, since the partial oxidation reaction and the water gas shift reaction are exothermic reactions, unlike the case of the steam reforming reaction which is an endothermic reaction, if the reaction temperature is too high, it is disadvantageous for the progress of the reaction. . The lower limit of the outlet gas temperature is preferably about 450 ° C. If the temperature is lower than this, the partial oxidation reaction and the water gas shift reaction become difficult to proceed.

【0026】上記燃料改質器(5)に対する原燃料と酸
素との供給割合は、原燃料の炭素のモル数に対する酸素
のモル数の比O2 /Cが上記部分酸化反応におけるO2
/C量論比の0.9倍以上となるようにすることが好ま
しい。
[0026] O in the fuel feed rate and for the original fuel and oxygen reformer (5), the ratio of moles of oxygen to the number of moles of carbon of the raw fuel O 2 / C is the partial oxidation reaction 2
It is preferable that the ratio be 0.9 times or more of the / C stoichiometric ratio.

【0027】ここで、上記部分酸化反応におけるO2
C量論比は、上記(1)式から明らかなように0.5で
あるから、当該O2 /C比は0.45以上ということに
なる。これにより、当該燃料改質器(5)に供給する原
料ガスの流速(空間速度)が高い場合でも、燃料転化率
(改質率)を高いものにすることができる。
Here, in the partial oxidation reaction, O 2 /
Since the C stoichiometric ratio is 0.5 as is apparent from the above equation (1), the O 2 / C ratio is 0.45 or more. Thereby, even when the flow velocity (space velocity) of the raw material gas supplied to the fuel reformer (5) is high, the fuel conversion rate (reformation rate) can be increased.

【0028】なお、当該比の下限を上記量論比よりも低
くすると、原燃料の一部が水蒸気改質反応を起こす可能
性があるが、その割合は僅かであり、主反応たる部分酸
化反応に及ぼす熱的影響(温度低下)は問題にならな
い。
If the lower limit of the ratio is lower than the above stoichiometric ratio, a part of the raw fuel may cause a steam reforming reaction, but the ratio is small and the main reaction is a partial oxidation reaction. The thermal effect (temperature drop) on the surface does not matter.

【0029】水蒸気改質反応をできるだけ生じないよう
にするには、当該比を上記量論比よりも大きく、すなわ
ち、0.5よりも大きくすればよい。但し、当該比が大
きくなり過ぎると、完全酸化反応を生じ易くなって水素
の収率が低下するから、当該比の上限は上記O2 /C量
論比の1.5倍、すなわち、0.75程度にすることが
好ましい。
In order to minimize the occurrence of the steam reforming reaction, the ratio should be larger than the above stoichiometric ratio, that is, larger than 0.5. However, if the ratio is too large, a complete oxidation reaction is likely to occur and the yield of hydrogen is reduced. Therefore, the upper limit of the ratio is 1.5 times the O 2 / C stoichiometric ratio, that is, 0. It is preferred to be about 75.

【0030】上記炭化水素系の原燃料としては、上記メ
タンの他、プロパン、天然ガス(LNGを含む)、ナフ
サ、灯油、液化石油ガス(LPG)、都市ガス等を採用
することができる。
As the hydrocarbon-based raw fuel, besides the methane, propane, natural gas (including LNG), naphtha, kerosene, liquefied petroleum gas (LPG), city gas, and the like can be used.

【0031】部分酸化反応に対して活性を呈する触媒
(27)の触媒金属としては、ロジウム及びルテニウム
が好ましい。これらの触媒金属は、担体(サポート)に
対して金属単体の形で担持させても合金の形で担持させ
ても、化合物、例えば酸化物の形で担持させたものであ
ってもよい。また、2種以上の触媒金属(例えばロジウ
ムとルテニウムの2種)を同じ担体に担持させたもので
あっても、それぞれ別個の担体に担持された2種以上の
触媒金属の混合物であってもよい。
Rhodium and ruthenium are preferred as the catalyst metal of the catalyst (27) exhibiting activity against the partial oxidation reaction. These catalyst metals may be supported on a support in the form of a simple metal, an alloy, or a compound, for example, an oxide. Further, the catalyst may be one in which two or more types of catalyst metals (for example, two types of rhodium and ruthenium) are supported on the same carrier, or a mixture of two or more types of catalyst metals each supported on separate carriers. Good.

【0032】担体としては、比表面積の大きな無機多孔
質体が好ましく、例えばアルミナが好ましい。
As the carrier, an inorganic porous material having a large specific surface area is preferable, for example, alumina is preferable.

【0033】上記担体に触媒金属を担持させてなる触媒
(27)は、ペレット状で燃料改質器(5)に充填する
ことができ、また、バインダによってモノリス担体、例
えばハニカム状のものに担持させるようにすることがで
きる。
The catalyst (27) obtained by supporting the catalyst metal on the carrier can be filled in the fuel reformer (5) in the form of pellets, and can be supported on a monolithic carrier, for example, a honeycomb-shaped material by a binder. You can make it.

【0034】上記原料ガスのうち酸素(又は空気)及び
水蒸気は、各々の供給源を別個に設けて燃料改質器
(5)に供給することができるが、燃料電池の排ガスを
それらに利用することもできる。すなわち、燃料電池の
酸素極から排出されるガスには、電池反応に使用されな
かった酸素と、電池反応によって生成する水蒸気とが含
まれている。そこで、この酸素極の排ガスを上記燃料改
質器(5)に対して供給する排ガス供給手段を設けるよ
うにすれば、上記酸素(又は空気)供給源、水蒸気供給
源及びそれらの供給管を省略することが可能になり、燃
料電池システムの構成が簡素になる。但し、酸素(又は
空気)や水蒸気の補給手段を別に設けて、上記酸素極の
排ガスに補給するようにしてもよい。
Of the raw material gases, oxygen (or air) and water vapor can be supplied to the fuel reformer (5) by separately providing their respective sources, and the exhaust gas of the fuel cell is used for them. You can also. That is, the gas discharged from the oxygen electrode of the fuel cell contains oxygen not used in the cell reaction and water vapor generated by the cell reaction. Therefore, if an exhaust gas supply means for supplying the exhaust gas from the oxygen electrode to the fuel reformer (5) is provided, the oxygen (or air) supply source, the steam supply source and their supply pipes are omitted. And the configuration of the fuel cell system is simplified. However, oxygen (or air) or steam replenishing means may be separately provided to replenish the exhaust gas from the oxygen electrode.

【0035】また、上記燃料電池の出力電流を調節する
出力電流調節手段を設ければ、それによって上記燃料改
質器(5)に供給される排ガスの酸素濃度及び水蒸気濃
度を所定範囲になるように調節することができる。
Further, if output current adjusting means for adjusting the output current of the fuel cell is provided, the oxygen concentration and the water vapor concentration of the exhaust gas supplied to the fuel reformer (5) are set within a predetermined range. Can be adjusted.

【0036】すなわち、燃料電池における燃料(水素)
利用率及び酸素(空気)利用率は、該燃料電池の負荷
(電力使用量)によって変動する。つまり、燃料電池に
対する燃料流入量及び酸素流入量を一定にしたとき、該
電池の出力電流値を変化させれば、電池反応によって消
費される水素及び酸素の量が変化し、それに伴って発生
する水蒸気量も変化する。従って、この出力電流値を調
節することにより、燃料改質に適した所定酸素濃度及び
水蒸気濃度の排ガスを燃料改質器(5)に供給すること
ができる。
That is, the fuel (hydrogen) in the fuel cell
The utilization rate and the oxygen (air) utilization rate vary depending on the load (electric power consumption) of the fuel cell. That is, when the fuel inflow amount and the oxygen inflow amount into the fuel cell are kept constant, if the output current value of the cell is changed, the amounts of hydrogen and oxygen consumed by the cell reaction change, and the amount of hydrogen and oxygen is generated accordingly. The amount of water vapor also changes. Therefore, by adjusting this output current value, it is possible to supply exhaust gas having a predetermined oxygen concentration and water vapor concentration suitable for fuel reforming to the fuel reformer (5).

【0037】上記燃料電池は、その酸素利用率が0.4
〜0.75(供給酸素量の40〜75%)となるように
出力電流を調節することが好ましい。これにより、燃料
改質器(5)の原料ガスの H2O/C比を0.67〜
3.0程度に調節することができる。
The fuel cell has an oxygen utilization rate of 0.4
It is preferable to adjust the output current so as to be 0.75 (40 to 75% of the supplied oxygen amount). Thereby, the H 2 O / C ratio of the raw material gas of the fuel reformer (5) is set to 0.67 to
It can be adjusted to about 3.0.

【0038】すなわち、燃料電池では理論的には酸素消
費量の2倍の水蒸気が発生するから(O2+2H2→2H
2O)、酸素利用率が0.4のときは、その倍の0.8
相当の水蒸気が発生し、残存酸素量は0.6相当量にな
る。従って、当該排ガスのH 2O/O2比は(0.8/
0.6)となる。この排ガスの燃料改質器(5)への供
給量を原料ガスのO2 /C比が化学量論比である0.5
となるように調節すれば、この原料ガスのH2O/C比
は次のようになる。
That is, in a fuel cell, the oxygen consumption
Because twice the amount of water vapor is generated (OTwo+ 2HTwo→ 2H
TwoO), when the oxygen utilization rate is 0.4, double that 0.8
A considerable amount of water vapor is generated, and the amount of residual oxygen becomes 0.6 equivalent.
You. Therefore, the H TwoO / OTwoThe ratio is (0.8 /
0.6). The exhaust gas is supplied to the fuel reformer (5).
Supply amount of raw gas OTwo/ C ratio is a stoichiometric ratio of 0.5
If it is adjusted so thatTwoO / C ratio
Is as follows.

【0039】H2O/C比=0.5×(0.8/0.
6)=約0.67 同様に酸素利用率0.75の場合を計算すると、次のよ
うになる。
H 2 O / C ratio = 0.5 × (0.8 / 0.
6) = approximately 0.67 Similarly, the calculation for the case of the oxygen utilization rate of 0.75 is as follows.

【0040】 H2O/C比=0.5×(1.5/0.25)=3 上述の如く上記燃料改質器によれば、CO濃度の低い改
質ガスが得られるが、そのCO濃度をさらに低下させる
ために、CO高温変成器、CO低温変成器及びCO部分
酸化反応器のうちの少なくとも1つを設け、それを通過
させて燃料電池に供給するようにすることができる。
H 2 O / C ratio = 0.5 × (1.5 / 0.25) = 3 According to the fuel reformer as described above, a reformed gas having a low CO concentration can be obtained. In order to further reduce the CO concentration, at least one of a high-temperature CO converter, a low-temperature CO converter, and a partial CO oxidation reactor may be provided and passed through the fuel cell.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、燃料改質
器(5)と燃料電池とを備える燃料電池システムにおい
て、燃料改質器(5)には炭化水素系原燃料の部分酸化
反応に対して活性を呈する触媒(27)を設けるととも
に、この燃料改質器(5)内において当該部分酸化反応
によって生成するCOを反応物として水性ガスシフト反
応を生ずるように当該改質器(5)に水蒸気を供給する
水蒸気供給手段を備えているから、部分酸化反応と水性
ガスシフト反応によって水素の収率を高めることができ
るとともに、燃料の改質反応を維持するための外部加熱
手段を小型にすることができ、若しくはこの外部加熱手
段を省略することができ、しかも、改質ガス中のCO濃
度が低下し、CO濃度低減のための後処理装置の小型化
が図れる。
As described above, according to the present invention, in a fuel cell system including a fuel reformer (5) and a fuel cell, the fuel reformer (5) includes a partial oxidation of a raw hydrocarbon fuel. A catalyst (27) exhibiting activity with respect to the reaction is provided, and the reformer (5) is formed in the fuel reformer (5) so as to generate a water gas shift reaction using CO generated by the partial oxidation reaction as a reactant. ) Is equipped with steam supply means for supplying steam, so that the hydrogen yield can be increased by the partial oxidation reaction and the water gas shift reaction, and the external heating means for maintaining the fuel reforming reaction is reduced in size. Alternatively, the external heating means can be omitted, and the CO concentration in the reformed gas is reduced, so that the size of the post-processing device for reducing the CO concentration can be reduced.

【0042】また、上記燃料改質器(5)の出口ガス中
のCO2 /CO比が0.2以上となるように上記水性ガ
スシフト反応を調整すれば、水素の収率を高める上で有
利になり、上記燃料改質器(5)に供給するH2 /C
比を0.5以上となるようにするものによれば、水性ガ
スシフト反応を起こして水素収率を高める上で有利にな
る。
Further, if the water gas shift reaction is adjusted so that the CO 2 / CO ratio in the outlet gas of the fuel reformer (5) becomes 0.2 or more, it is advantageous in increasing the yield of hydrogen. And H 2 O supplied to the fuel reformer (5) / C
When the ratio is set to 0.5 or more, it is advantageous in that a water gas shift reaction is caused to increase the hydrogen yield.

【0043】また、上記燃料改質器(5)の出口ガス温
度を800℃以下にすれば、部分酸化反応及び水性ガス
シフト反応を効率良く進める上で有利になる。
Further, if the outlet gas temperature of the fuel reformer (5) is set to 800 ° C. or lower, it is advantageous in efficiently proceeding the partial oxidation reaction and the water gas shift reaction.

【0044】上記燃料改質器(5)に供給する原料ガス
のO2 /C比を上記部分酸化反応におけるO2 /C量論
比の0.9倍以上となるようにすれば、燃料転化率(改
質率)を高いものにする上で有利になる。
If the O 2 / C ratio of the raw material gas supplied to the fuel reformer (5) is set to be at least 0.9 times the O 2 / C stoichiometric ratio in the partial oxidation reaction, the fuel conversion This is advantageous in increasing the rate (reformation rate).

【0045】また、上記H2 /C比の上限を3.0に
すれば、エネルギーロスを少なくすることができ、上記
2 /C比を上記O2 /C量論比の1.5倍以下にすれ
ば、原燃料が完全燃焼することを防止し、燃料の改質効
率を高く維持する上で有利になる。
The above H 2 O When the upper limit of the / C ratio is set to 3.0, energy loss can be reduced. When the O 2 / C ratio is set to 1.5 times or less of the O 2 / C stoichiometric ratio, the raw fuel can be reduced. This is advantageous in preventing complete combustion and maintaining high fuel reforming efficiency.

【0046】上記燃料改質器(5)の触媒(27)とし
て、ロジウム又はルテニウムを含有するものを用いれ
ば、上記部分酸化反応を進める上で有利になる。
The use of a catalyst containing rhodium or ruthenium as the catalyst (27) of the fuel reformer (5) is advantageous in promoting the partial oxidation reaction.

【0047】燃料電池の酸素極の排ガスを上記燃料改質
器(5)に改質用ガスとして供給すれば、酸素(又は空
気)の供給源、水蒸気供給源及びそれらの供給管を省略
することが可能になり、燃料電池システムの構成を簡素
なものにする上で有利になる。その場合、燃料電池の出
力電流を調節する出力電流調節手段を設ければ、上記燃
料改質器(5)に供給される排ガスの酸素濃度及び水蒸
気濃度を燃料改質に適した所定範囲になるように調節す
ることが容易になる。
If the exhaust gas from the oxygen electrode of the fuel cell is supplied as a reforming gas to the fuel reformer (5), the supply source of oxygen (or air), the supply source of steam, and the supply pipes thereof are omitted. This is advantageous in simplifying the configuration of the fuel cell system. In this case, if output current adjusting means for adjusting the output current of the fuel cell is provided, the oxygen concentration and the water vapor concentration of the exhaust gas supplied to the fuel reformer (5) fall within predetermined ranges suitable for fuel reforming. Adjustment becomes easier.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0049】<燃料電池システムの全体説明>図1に示
す燃料電池システム構成において、1は触媒電極である
酸素極(カソード)2と同じく触媒電極である水素極
(アノード)3とを有する固体高分子電解質型の燃料電
池であり、酸素極2には空気圧縮機4が空気供給管10
によって接続され、水素極3には燃料改質器5が改質ガ
ス供給管20によって接続されている。改質ガス供給管
20には、第1熱交換器6、CO高温変成器7、第2熱
交換器8、CO低温変成器9、第3熱交換器11、CO
選択酸化反応器12及び第4熱交換器13が、燃料電池
1に向かって順に設けられている。
<Overall Description of Fuel Cell System> In the fuel cell system configuration shown in FIG. 1, reference numeral 1 denotes a solid fuel cell having an oxygen electrode (cathode) 2 as a catalyst electrode and a hydrogen electrode (anode) 3 as a catalyst electrode. This is a fuel cell of a molecular electrolyte type. An air compressor 4 is connected to an oxygen electrode 2 by an air supply pipe 10.
, And a fuel reformer 5 is connected to the hydrogen electrode 3 by a reformed gas supply pipe 20. A first heat exchanger 6, a high-temperature CO converter 7, a second heat exchanger 8, a low-temperature CO converter 9, a third heat exchanger 11,
The selective oxidation reactor 12 and the fourth heat exchanger 13 are provided in order toward the fuel cell 1.

【0050】燃料改質器5には原燃料源(都市ガス)1
4が原料ガス供給管30によって接続されている。この
原料ガス供給管30にはガス圧縮機15及び脱硫器16
が燃料改質器5に向かって順に設けられている。また、
燃料改質器5には、上記空気圧縮機4から部分酸化反応
用の空気を供給すべく上記空気供給管10から分岐した
管が接続されているとともに、水性ガスシフト反応用の
水蒸気を得るための水を噴霧供給すべく水タンク17が
供給管40によって接続されている。水供給管40には
ポンプ18が設けられている。
The fuel reformer 5 has a raw fuel source (city gas) 1
4 are connected by a source gas supply pipe 30. The raw material gas supply pipe 30 has a gas compressor 15 and a desulfurizer 16.
Are sequentially provided toward the fuel reformer 5. Also,
The fuel reformer 5 is connected to a pipe branched from the air supply pipe 10 so as to supply air for the partial oxidation reaction from the air compressor 4 and is used to obtain water vapor for the water gas shift reaction. The water tank 17 is connected by a supply pipe 40 to spray and supply the water. The water supply pipe 40 is provided with a pump 18.

【0051】原燃料源14からの原燃料、空気圧縮機4
からの空気及び水タンク17からの水蒸気は燃焼器19
によって加熱して燃料改質器5に供給できるようになっ
ている。また、改質ガス供給管20の第1熱交換器6の
上流部位には水性ガスシフト反応用の水蒸気を得るため
の水を噴霧供給すべく上記水供給管40から分岐した管
が接続されている。改質ガス供給管20の第3熱交換器
11の上流部位には選択酸化反応器12のための空気を
供給すべく上記空気供給管10から分岐した管が接続さ
れている。
The raw fuel from the raw fuel source 14 and the air compressor 4
Air from the tank and steam from the water tank 17 are
, And can be supplied to the fuel reformer 5. Further, a pipe branched from the water supply pipe 40 is connected to an upstream portion of the first heat exchanger 6 of the reformed gas supply pipe 20 so as to spray and supply water for obtaining water vapor for the water gas shift reaction. . A pipe branched from the air supply pipe 10 to supply air for the selective oxidation reactor 12 is connected to a portion of the reformed gas supply pipe 20 upstream of the third heat exchanger 11.

【0052】燃料電池1の酸素極2の排ガス及び水素極
3の排ガスは、気水分離器21,22に通した後に合流
させて燃焼用ガスとしてガス管50により燃焼器19に
送るように構成されている。酸素極2の排ガスは弁23
によって大気に適宜排出できるようになっている。上記
ガス管50は、上記第4熱交換器13、第3熱交換器1
1及び第2熱交換器8を順に通るように配管されてお
り、排ガスは各熱交換器における改質ガスとの熱交換に
よって加熱されて燃焼器19に供給されるようになって
いる。従って、改質ガスは逆に各熱交換器で冷却されて
燃料電池1に送られることになる。第1熱交換器6には
別の冷却水管24が通されていて、改質ガスはその冷却
水との熱交換によって冷却されるようになっている。
The exhaust gas from the oxygen electrode 2 and the exhaust gas from the hydrogen electrode 3 of the fuel cell 1 are passed through the steam separators 21 and 22 and then combined to be sent to the combustor 19 through the gas pipe 50 as a combustion gas. Have been. The exhaust gas from the oxygen electrode 2 is
Can be discharged to the atmosphere as appropriate. The gas pipe 50 is connected to the fourth heat exchanger 13 and the third heat exchanger 1.
The pipe is arranged so as to pass through the first and second heat exchangers 8 in order, and the exhaust gas is heated by heat exchange with the reformed gas in each heat exchanger and supplied to the combustor 19. Accordingly, the reformed gas is cooled by each heat exchanger and sent to the fuel cell 1. Another cooling water pipe 24 is passed through the first heat exchanger 6, and the reformed gas is cooled by heat exchange with the cooling water.

【0053】上記燃料改質器5には部分酸化反応に活性
を呈する触媒(Ru又はRhをAl23に担持させてな
る触媒)が充填され、CO高温変成器7には高温(40
0℃前後)での水性ガスシフト反応に活性を呈する触媒
(Fe23,Cr23)が充填され、CO低温変成器9
には低温(180℃前後)での水性ガスシフト反応に活
性を呈する触媒(CuO,ZnO)が充填され、CO選
択酸化反応器12にはCOの選択酸化反応に活性を呈す
る触媒(Ru又はPtをAl23又はゼオライトに担持
させてなる触媒)が充填され、燃焼器19には燃焼触媒
が充填されている。また、燃料改質器5には予熱用の電
気ヒータが設けられている。
The fuel reformer 5 is filled with a catalyst (catalyst in which Ru or Rh is supported on Al 2 O 3 ) exhibiting an activity in the partial oxidation reaction.
A catalyst (Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 ) exhibiting an activity in the water gas shift reaction at about 0 ° C.)
Is filled with a catalyst (CuO, ZnO) exhibiting an activity in a water gas shift reaction at a low temperature (around 180 ° C.), and a catalyst (Ru or Pt) exhibiting an activity in a selective oxidation reaction of CO is filled in a CO selective oxidation reactor 12. (A catalyst supported on Al 2 O 3 or zeolite), and the combustor 19 is filled with a combustion catalyst. Further, the fuel reformer 5 is provided with an electric heater for preheating.

【0054】図2は燃料改質器5と燃焼器19とを一体
にした反応装置25を示す。同図の反応装置25におい
ては、上部の燃料改質器5と下部の燃焼器19との間に
電気ヒータ26が組み込まれている。燃料改質器5の部
位にはハニカム状のモノリス担体に触媒を担持させたハ
ニカム触媒27が装填されている。燃焼器19の部位に
は燃焼触媒28が充填されており、この燃焼器19の触
媒充填部を貫通するように原料ガス通路29が下端の原
料ガス入口31から電気ヒータ配設部に延びている。ま
た、同図において、32は改質ガスの出口、33は燃料
電池1からの排ガスの入口、34は燃焼排ガスの出口で
ある。
FIG. 2 shows a reactor 25 in which the fuel reformer 5 and the combustor 19 are integrated. In the reactor 25 shown in the figure, an electric heater 26 is incorporated between the upper fuel reformer 5 and the lower combustor 19. A portion of the fuel reformer 5 is loaded with a honeycomb catalyst 27 in which a catalyst is supported on a honeycomb monolith carrier. A portion of the combustor 19 is filled with a combustion catalyst 28, and a raw material gas passage 29 extends from a raw material gas inlet 31 at a lower end to a portion where the electric heater is provided so as to penetrate the catalyst filled portion of the combustor 19. . In the same figure, 32 is an outlet for reformed gas, 33 is an inlet for exhaust gas from the fuel cell 1, and 34 is an outlet for combustion exhaust gas.

【0055】上記燃料電池システムにおいては、その起
動時には燃料改質器5の温度が低いために電気ヒータが
作動されて触媒が活性を呈する温度になるまで、例えば
460℃程度まで加熱される。起動後は電気ヒータは停
止され、原料ガス(原燃料、空気及び水蒸気の混合ガ
ス)が燃焼器19で予熱されるだけになる。原料ガス
は、H2 /C比が0.5〜3になるように、O2 /C
比が0.45〜0.75になるように、原燃料、空気及
び水蒸気の供給量が調整され、また、燃料改質器5の出
口ガス温度は800℃以上に上昇しないように別途調整
される。最も好ましい操作条件は、上記H2 /C比が
1.0、O2 /C比が0.52〜0.60(好ましくは
0.56)、燃料改質器5の出口ガス温度が720℃、
燃料改質器5の出口ガスのCO2/CO比が0.4とい
うものである。
In the above fuel cell system, when the fuel reformer 5 is started, the temperature of the fuel reformer 5 is low, so that the electric heater is operated to heat the catalyst to a temperature at which the catalyst becomes active, for example, to about 460 ° C. After startup, the electric heater is stopped, and the raw material gas (mixed gas of raw fuel, air and water vapor) is only preheated in the combustor 19. The source gas is H 2 O O 2 / C so that the / C ratio is 0.5 to 3
The supply amounts of the raw fuel, air and steam are adjusted so that the ratio becomes 0.45 to 0.75, and the outlet gas temperature of the fuel reformer 5 is separately adjusted so as not to rise to 800 ° C. or more. You. The most preferred operating conditions are the above H 2 O A C / C ratio of 1.0, an O 2 / C ratio of 0.52 to 0.60 (preferably 0.56), an outlet gas temperature of the fuel reformer 5 of 720 ° C.,
The CO 2 / CO ratio of the outlet gas of the fuel reformer 5 is 0.4.

【0056】原燃料は脱硫された後に空気及び噴霧水と
共に電気ヒータ又は燃焼器19によって加熱されて燃料
改質器5の触媒に供給される。この加熱によって噴霧水
は水蒸気になる。燃料改質器5の触媒上では原燃料の部
分酸化反応が起こり、水素とCOとが生成する((1)
式参照)。この燃料改質器5内には水蒸気が存在するた
め、同時に水性ガスシフト反応が起こって水素と二酸化
炭素とが生成し、CO濃度が低下する((2)式参
照)。
The raw fuel is heated by an electric heater or a combustor 19 together with air and spray water after being desulfurized and supplied to the catalyst of the fuel reformer 5. This heating turns the spray water into steam. A partial oxidation reaction of the raw fuel occurs on the catalyst of the fuel reformer 5 to generate hydrogen and CO ((1)
See formula). Since water vapor is present in the fuel reformer 5, a water gas shift reaction occurs at the same time to generate hydrogen and carbon dioxide, and the CO concentration decreases (see equation (2)).

【0057】燃料改質器5を出た改質ガスは、第1熱交
換器6によって400℃程度まで温度が下がってCO高
温変成器7へ送られ、そこの触媒上で生ずる水性ガスシ
フト反応によってさらにCO濃度が低下する。CO高温
変成器7を出た改質ガスは第2熱交換器8によって18
0℃程度まで温度が下がってCO低温変成器9へ送ら
れ、そこの触媒上で生ずる水性ガスシフト反応によって
さらにCO濃度が低下する。CO低温変成器9を出た改
質ガスは第3熱交換器11によって140℃程度まで温
度が下がってCO選択酸化反応器12へ送られ、そこの
触媒上で生ずるCOの選択酸化反応によってCO濃度が
さらに低下する。CO選択酸化反応器12を出た改質ガ
スは第4熱交換器13によって80℃程度まで温度が下
がって燃料電池1の水素極3に入る。
The reformed gas that has exited the fuel reformer 5 is cooled to about 400 ° C. by the first heat exchanger 6 and sent to the CO high-temperature converter 7, where the water gas shift reaction occurs on the catalyst. Further, the CO concentration decreases. The reformed gas exiting the CO high-temperature shifter 7 is supplied to the second heat exchanger 8 to
The temperature is lowered to about 0 ° C. and sent to the CO low-temperature shift converter 9, where the water gas shift reaction occurring on the catalyst further lowers the CO concentration. The reformed gas exiting the CO low-temperature shifter 9 is cooled down to about 140 ° C. by the third heat exchanger 11 and sent to the CO selective oxidation reactor 12, where CO is oxidized by the selective oxidation reaction of CO generated on the catalyst. The concentration is further reduced. The reformed gas exiting the CO selective oxidation reactor 12 is cooled down to about 80 ° C. by the fourth heat exchanger 13 and enters the hydrogen electrode 3 of the fuel cell 1.

【0058】燃料電池1では水素極3の電極表面で2H
2→4H++4e-、酸素極2の電極表面でO2+4H+
4e-→2H2Oの電池反応を起こす。従って、酸素極2
の排ガスには電池反応に使われなかった余剰空気と電池
反応によって生じた水蒸気とが含まれる。一方、水素極
3の排ガスには電池反応に使用されなかった水素、未改
質の原燃料、空気及び水蒸気が含まれる。
In the fuel cell 1, 2H is applied on the electrode surface of the hydrogen electrode 3.
2 → 4H + + 4e , O 2 + 4H + + on the electrode surface of oxygen electrode 2
4e - → cause a cell reaction of 2H 2 O. Therefore, oxygen electrode 2
The exhaust gas contains excess air not used for the battery reaction and water vapor generated by the battery reaction. On the other hand, the exhaust gas from the hydrogen electrode 3 contains hydrogen not used in the battery reaction, unreformed raw fuel, air and water vapor.

【0059】酸素極2及び水素極3の各排ガスは気水分
離器21,22を通って合流し、第4熱交換器13、第
3熱交換器11及び第2熱交換器8によって熱交換によ
り加熱されて燃焼器19に送られる。この排ガスには含
まれている水素及び酸素は、燃焼器19において燃焼触
媒の作用によって反応し、その反応熱が原料ガスの予熱
源となり、また、この排ガスに含まれている未改質の原
料も同時に燃焼して予熱源となる。
The exhaust gases from the oxygen electrode 2 and the hydrogen electrode 3 join through the steam separators 21 and 22 and are exchanged by the fourth heat exchanger 13, the third heat exchanger 11 and the second heat exchanger 8. And is sent to the combustor 19. Hydrogen and oxygen contained in this exhaust gas react by the action of a combustion catalyst in the combustor 19, and the reaction heat serves as a preheating source for the raw material gas. Also burns at the same time and becomes a preheat source.

【0060】<H2O/C比とCO2/CO比と水素収量
比との関係>図3には燃料改質器5に導入される原料ガ
スのH2O/C比(原燃料の炭素のモル数に対する水蒸
気のモル数の比)と、燃料改質器5から出る改質ガスの
CO 2/CO比(改質器出口ガス中のCOに対するCO
2 の比)と、該燃料改質器5による水素収量比(H2
/C比が0.5であるときの水素収量を1とする比)と
の関係が示されている。燃料改質器5の運転条件は、そ
の入口ガス温度が460℃、O2/C比(原燃料の炭素
のモル数に対する酸素のモル数の比)が0.56、ガス
圧が150kPaというものである。
<HTwoO / C ratio and COTwo/ CO ratio and hydrogen yield
Relationship with Ratio> FIG. 3 shows the raw material gas introduced into the fuel reformer 5.
HTwoO / C ratio (water vapor relative to moles of carbon in raw fuel)
Of the reformed gas flowing out of the fuel reformer 5
CO Two/ CO ratio (CO to CO in reformer outlet gas
TwoRatio) and the hydrogen yield ratio (HTwoO
/ C ratio is 0.5 when the hydrogen yield is 1) and
The relationship is shown. The operating conditions of the fuel reformer 5 are as follows.
Gas temperature of 460 ° C, OTwo/ C ratio (carbon of raw fuel
Ratio of the number of moles of oxygen to the number of moles of
The pressure is 150 kPa.

【0061】同図によれば、H2O/C比が増大するに
つれてCO2/CO比が増大している。CO2/CO比が
大きいということは燃料改質器5においてCOがCO2
に変化しているということである。この変化の原因とし
ては、原燃料の完全酸化反応とCOの水性ガスシフト反
応とが考えられるが、H2O/C比の増大、すなわち、
水蒸気量が増えることによって完全酸化反応が進み易く
なることは考えられないから、燃料改質器5において水
蒸気の添加により水性ガスシフト反応が効率良く進んだ
ことがわかる。
According to the figure, the CO 2 / CO ratio increases as the H 2 O / C ratio increases. The large CO 2 / CO ratio means that CO in the fuel reformer 5 is CO 2
It is changing to. The cause of this change is considered to be a complete oxidation reaction of the raw fuel and a water gas shift reaction of CO, but an increase in the H 2 O / C ratio, that is,
Since it is not considered that the complete oxidation reaction easily proceeds with an increase in the amount of water vapor, it can be seen that the water gas shift reaction in the fuel reformer 5 was efficiently advanced by the addition of water vapor.

【0062】そうして、同図から、H2O/C比を0.
5以上にすれば水素収量が増大すること、また、この水
素収量の増大のためにはCO2/CO比が0.2以上に
なるように、燃料改質器5における水性ガスシフト反応
を調整すればよいこと、つまり原料ガス組成、反応温度
等を調整すればよいことがわかる。
Then, from the figure, the H 2 O / C ratio was set to 0.
If it is set to 5 or more, the hydrogen yield increases, and in order to increase the hydrogen yield, the water gas shift reaction in the fuel reformer 5 is adjusted so that the CO 2 / CO ratio becomes 0.2 or more. It is understood that what is necessary is just to adjust the composition of the source gas, the reaction temperature and the like.

【0063】<燃料改質器の触媒の種類が改質ガス組成
に与える影響>燃料改質器5に使用する触媒の種類を変
えて燃料改質を行なったときの燃料改質器5の入口ガス
組成(原料ガス組成)と出口ガス組成(改質ガス組成)
との関係を表1に示す。触媒の種類は、Ni−Al23
(NiをAl23に担持させてなる触媒)、Rh−Al
23(RhをAl23に担持させてなる触媒)及びRu
−Al23(RuをAl23に担持させてなる触媒)の
3種である。
<Effect of Type of Catalyst in Fuel Reformer on Reformed Gas Composition> Inlet of fuel reformer 5 when fuel reforming is performed by changing the type of catalyst used in fuel reformer 5 Gas composition (raw gas composition) and outlet gas composition (reformed gas composition)
Is shown in Table 1. The type of catalyst is Ni-Al 2 O 3
(A catalyst in which Ni is supported on Al 2 O 3 ), Rh-Al
2 O 3 (a catalyst comprising Rh supported on Al 2 O 3 ) and Ru
—Al 2 O 3 (a catalyst in which Ru is supported on Al 2 O 3 ).

【0064】[0064]

【表1】 [Table 1]

【0065】同表によれば、Rh−Al23触媒及びR
u−Al23触媒ではメタンの水素への転化率が高い
が、Ni−Al23触媒ではその転化率が低い。これか
ら、燃料改質器5にはRh−Al23触媒又はRu−A
23触媒を用いることが好ましいことがわかる。
According to the table, the Rh—Al 2 O 3 catalyst and the R
Although a high conversion to hydrogen of methane in u-Al 2 O 3 catalyst, a Ni-Al 2 O 3 catalyst is its low conversion. From this, the Rh-Al 2 O 3 catalyst or Ru-A
It turns out that it is preferable to use the l 2 O 3 catalyst.

【0066】<Rh−Al23触媒においてH2O/C
比が改質ガス組成に与える影響>燃料改質器5にRh−
Al23触媒を採用し、H2O/C比を変えて燃料改質
を行なったときの燃料改質器5の入口ガス組成(原料ガ
ス組成)と出口ガス組成(改質ガス組成)との関係を表
2に示す。
<H 2 O / C in Rh-Al 2 O 3 catalyst
Effect of Ratio on Reformed Gas Composition>
An inlet gas composition (raw material gas composition) and an outlet gas composition (reformed gas composition) of the fuel reformer 5 when an Al 2 O 3 catalyst is employed and the H 2 O / C ratio is changed to perform fuel reforming. Is shown in Table 2.

【0067】[0067]

【表2】 [Table 2]

【0068】同表によれば、H2O/C比が大きくなる
ことによってCO2/CO比が増大し、また、水素収量
が増えている。これは図3に示す結果と符合する。
According to the table, as the H 2 O / C ratio increases, the CO 2 / CO ratio increases, and the hydrogen yield increases. This is consistent with the results shown in FIG.

【0069】<燃料電池システムの別の実施形態>図4
には燃料電池システムの別の実施形態が示されている。
先のシステムとの相違点は、燃料改質器5に対して空気
圧縮機4の空気及び水タンク17の水を導入することに
代えて酸素極2の排ガスを供給管35によって供給する
点、電気負荷36に対して燃料電池1と別の電源37と
を並列に接続し、燃料電池1の出力電流値を調節する電
力調節器38を設けた点、空気供給管10から原料ガス
供給管30に向かって延設した分岐管に流量調節弁39
を設けて空気補給手段を構成した点である。
<Another Embodiment of Fuel Cell System> FIG.
Shows another embodiment of the fuel cell system.
The difference from the previous system is that instead of introducing the air of the air compressor 4 and the water of the water tank 17 to the fuel reformer 5, the exhaust gas of the oxygen electrode 2 is supplied by a supply pipe 35, The fuel cell 1 and another power supply 37 are connected in parallel to the electric load 36, and a power controller 38 for adjusting the output current value of the fuel cell 1 is provided. The flow control valve 39 is connected to the branch pipe extending toward
Is provided to constitute the air supply means.

【0070】すなわち、上述の如く酸素極2の排ガスに
は水蒸気及び未使用の空気が含まれているから、この排
ガスを燃料改質器5に原燃料改質用のガスとして用い、
この排ガスの組成を燃料改質に適するものにするために
電力調節器38を設けたものである。電力調節器38に
よる燃料電池1の出力電流値の調節により、この燃料電
池1の水素及び空気の利用率が変わり、酸素極2の排ガ
スの酸素濃度及び水蒸気濃度が変化することになる。こ
の調節によって不足する電力は別の電源37によって補
われることになる。
That is, since the exhaust gas of the oxygen electrode 2 contains water vapor and unused air as described above, this exhaust gas is used in the fuel reformer 5 as a raw fuel reforming gas.
In order to make the composition of the exhaust gas suitable for fuel reforming, a power controller 38 is provided. By adjusting the output current value of the fuel cell 1 by the power regulator 38, the utilization rates of hydrogen and air of the fuel cell 1 change, and the oxygen concentration and the water vapor concentration of the exhaust gas at the oxygen electrode 2 change. The power shortage caused by this adjustment will be supplemented by another power supply 37.

【0071】燃料電池1における水素の使用量が1L/
min.(0℃,1気圧)のときにその利用率が100%で
あるとすると、そのときの出力電流値Aは理論的には次
のようになる。
The amount of hydrogen used in the fuel cell 1 is 1 L /
Assuming that the utilization is 100% at min. (0 ° C., 1 atm), the output current value A at that time is theoretically as follows.

【0072】 A=2nF =143(アンペア) (A;C(クーロン)/sec,n:モル/sec,F:ファ
ラデー定数) 従って、出力電流値を上記理論値よりも下げると水素利
用率(燃料利用率)及び空気利用率が低下することにな
る。この場合、空気利用率は例えば0.4〜0.75の
範囲で調節することになる。
A = 2 nF = 143 (ampere) (A; C (coulomb) / sec, n: mol / sec, F: Faraday constant) Therefore, if the output current value is reduced below the theoretical value, the hydrogen utilization rate (fuel Utilization) and air utilization will be reduced. In this case, the air utilization rate is adjusted, for example, in the range of 0.4 to 0.75.

【0073】また、空気利用率を高めた場合に不足する
空気は空気圧縮機4からの空気を流量調節弁39によっ
て導入して補うことになる。
When the air utilization rate is increased, the shortage of air is compensated by introducing the air from the air compressor 4 through the flow control valve 39.

【0074】<燃料利用率と燃料転化率との関係>図5
は原燃料源14から供給される原燃料のうち未改質の原
燃料及び未使用の水素を燃料ガスの予熱に使用する燃料
電池システムにおいて、エネルギー効率が最も高くな
る、燃料電池1の燃料利用率と燃料改質器5の燃料転化
率との関係をグラフにしたものである。
<Relationship Between Fuel Utilization Rate and Fuel Conversion Rate> FIG.
In the fuel cell system using the unreformed raw fuel and unused hydrogen among the raw fuel supplied from the raw fuel source 14 for preheating the fuel gas, the fuel efficiency of the fuel cell 1 is maximized. 4 is a graph showing the relationship between the rate and the fuel conversion rate of the fuel reformer 5.

【0075】例えば、燃料転化率は0.94のときに最
もエネルギー効率の高い燃料利用率は0.98となる。
この例では原燃料のうちの改質されなかった残り6%の
原燃料と、改質ガス中の電池反応に利用されなかった残
り2%の水素とが原料ガスの予熱に利用されることにな
る。
For example, when the fuel conversion rate is 0.94, the fuel utilization rate with the highest energy efficiency is 0.98.
In this example, the remaining 6% of the unreformed raw fuel and the remaining 2% of the hydrogen not used for the cell reaction in the reformed gas are used for preheating the raw material gas. Become.

【0076】なお、上記各実施形態では、燃焼器19を
設けて、燃料電池1の排ガスを原料ガスの予熱に利用す
るようにしたが、燃焼器19を省略し、この排ガスを触
媒で燃焼させて他の熱源とすることができる。燃料改質
器5で生ずる部分酸化反応及び水性ガスシフト反応がい
ずれも発熱反応であるから、起動時に電気ヒータによっ
て燃料改質器5を反応温度まで高めた後は、それらの反
応熱で反応温度が維持されるからである。
In each of the above embodiments, the combustor 19 is provided so that the exhaust gas of the fuel cell 1 is used for preheating the raw material gas. However, the combustor 19 is omitted and the exhaust gas is burned by the catalyst. Other heat sources. Since both the partial oxidation reaction and the water gas shift reaction occurring in the fuel reformer 5 are exothermic reactions, after the fuel reformer 5 is heated to the reaction temperature by the electric heater at the time of starting, the reaction temperature is increased by the reaction heat. Because it is maintained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構
成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

【図2】同システムの燃料改質器及び燃焼器の構造を示
す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a fuel reformer and a combustor of the system.

【図3】原料ガスのH2O/C比と改質ガスのCO2/C
O比と水素収量比との関係を示すグラフ図。
FIG. 3 H 2 O / C ratio of raw material gas and CO 2 / C of reformed gas
FIG. 4 is a graph showing a relationship between an O ratio and a hydrogen yield ratio.

【図4】本発明の別の実施形態に係る燃料電池システム
の構成図。
FIG. 4 is a configuration diagram of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.

【図5】燃料電池システムのエネルギー効率が最も高く
なる燃料利用率と燃料転化率との関係を示すグラフ図。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a fuel utilization rate and a fuel conversion rate at which the energy efficiency of the fuel cell system is highest.

【符号の説明】 1 燃料電池 2 酸素極 3 水素極 4 空気圧縮機(空気源) 5 燃料改質器 7 CO高温変成器 14 水タンク(水蒸気源) 27 触媒 35 排ガス供給管(排ガス供給手段) 38 電力調節器(出力電流調節手段) 39 流量調節弁(空気補給手段) 40 水供給管(水蒸気供給手段)[Description of Signs] 1 fuel cell 2 oxygen electrode 3 hydrogen electrode 4 air compressor (air source) 5 fuel reformer 7 CO high-temperature transformer 14 water tank (steam source) 27 catalyst 35 exhaust gas supply pipe (exhaust gas supply means) 38 power controller (output current control means) 39 flow control valve (air supply means) 40 water supply pipe (steam supply means)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 康令 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 米本 和生 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 Fターム(参考) 4G040 EA02 EA03 EA06 EB03 EB16 EB32 EB43 EC03 5H027 AA06 BA01 BA05 BA09 BA10 BA16 BA17 MM01 MM26  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yasunori Okamoto 1304 Kanaokacho, Sakai City, Osaka Daikin Industries Inside Kanaoka Plant of Sakai Seisakusho Co., Ltd. (72) Inventor Kazuo Yonemoto 1304 Kanaokacho, Sakai City, Osaka Daikin 4G040 EA02 EA03 EA06 EB03 EB16 EB32 EB43 EC03 5H027 AA06 BA01 BA05 BA09 BA10 BA16 BA17 MM01 MM26

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化水素系の原燃料を改質して水素を生
成するための燃料改質器(5)と、この燃料改質器
(5)によって生成された水素を燃料として発電する燃
料電池(1)とを備える燃料電池システムにおいて、 上記燃料改質器(5)には、上記原燃料の部分酸化反応
に対して活性を呈する触媒(27)が設けられ、 上記燃料改質器(5)内において上記部分酸化反応によ
って生成するCOを反応物として水性ガスシフト反応を
生ずるように当該改質器(5)に水蒸気を供給する水蒸
気供給手段(35,40)を備えていることを特徴とす
る燃料電池システム。
1. A fuel reformer (5) for reforming a hydrocarbon-based raw fuel to produce hydrogen, and a fuel for generating electricity using the hydrogen produced by the fuel reformer (5) as a fuel In the fuel cell system including the battery (1), the fuel reformer (5) is provided with a catalyst (27) exhibiting an activity with respect to the partial oxidation reaction of the raw fuel; In 5), there is provided steam supply means (35, 40) for supplying steam to the reformer (5) so as to generate a water gas shift reaction by using CO generated by the partial oxidation reaction as a reactant. And fuel cell system.
【請求項2】 請求項1に記載されている燃料電池シス
テムにおいて、 上記燃料改質器(5)の出口ガス中のCOに対するCO
2 の比であるCO2 /CO比が0.2以上となるように
上記水性ガスシフト反応が調整されていることを特徴と
する燃料電池システム。
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein CO in the outlet gas of the fuel reformer (5) is smaller than CO in the outlet gas.
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the water gas shift reaction is adjusted so that the CO 2 / CO ratio, which is a ratio of 2 , is 0.2 or more.
【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載されている
燃料電池システムにおいて、 上記燃料改質器(5)に対する原燃料と水蒸気との供給
割合は、原燃料の炭素のモル数に対する水蒸気のモル数
の比H2 /Cが0.5以上となるようにされているこ
とを特徴とする燃料電池システム。
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein a supply ratio of the raw fuel and the steam to the fuel reformer (5) is a ratio of the steam to the mole number of carbon of the raw fuel. H 2 O / C is set to 0.5 or more.
【請求項4】 請求項3に記載されている燃料電池シス
テムにおいて、 上記H2 /C比が3以下であることを特徴とする燃料
電池システム。
4. The fuel cell system according to claim 3, wherein said H 2 O A fuel cell system having a / C ratio of 3 or less.
【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれか一に記
載されている燃料電池システムにおいて、 上記燃料改質器(5)の出口ガス温度が800℃以下で
あることを特徴とする燃料電池システム。
5. The fuel cell system according to claim 1, wherein an outlet gas temperature of the fuel reformer (5) is 800 ° C. or less. Battery system.
【請求項6】 請求項1乃至請求項5のいずれか一に記
載されている燃料電池システムにおいて、 上記燃料改質器(5)に対する原燃料と酸素との供給割
合は、原燃料の炭素のモル数に対する酸素のモル数の比
2 /Cが上記部分酸化反応におけるO2 /C量論比の
0.9倍以上となるようにされていることを特徴とする
燃料電池システム。
6. The fuel cell system according to claim 1, wherein the supply ratio of the raw fuel and oxygen to the fuel reformer (5) is determined based on the amount of carbon of the raw fuel. A fuel cell system wherein the ratio O 2 / C of the number of moles of oxygen to the number of moles is set to be 0.9 times or more the O 2 / C stoichiometric ratio in the partial oxidation reaction.
【請求項7】 請求項1乃至請求項5のいずれか一に記
載されている燃料電池システムにおいて、 上記燃料改質器(5)に対する原燃料と酸素との供給割
合は、原燃料の炭素のモル数に対する酸素のモル数の比
2 /Cが上記部分酸化反応におけるO2 /C量論比よ
りも大になるようにされていることを特徴とする燃料電
池システム。
7. The fuel cell system according to claim 1, wherein the supply ratio of the raw fuel and oxygen to the fuel reformer (5) is determined based on the amount of carbon of the raw fuel. A fuel cell system characterized in that the ratio O 2 / C of the number of moles of oxygen to the number of moles is set to be larger than the O 2 / C stoichiometric ratio in the partial oxidation reaction.
【請求項8】 請求項6又は請求項7に記載されている
燃料電池システムにおいて、 上記O2 /C比が上記O2 /C量論比の1.5倍以下で
あることを特徴とする燃料電池システム。
8. The fuel cell system according to claim 6, wherein the O 2 / C ratio is 1.5 times or less of the O 2 / C stoichiometric ratio. Fuel cell system.
【請求項9】 請求項1乃至請求項8のいずれか一に記
載されている燃料電池システムにおいて、 上記触媒(27)の活性点がロジウム及びルテニウムの
少なくとも一方によって形成されていることを特徴とす
る燃料電池システム。
9. The fuel cell system according to claim 1, wherein an active site of the catalyst (27) is formed by at least one of rhodium and ruthenium. Fuel cell system.
【請求項10】 請求項9に記載されている燃料電池シ
ステムにおいて、 上記触媒(27)がハニカム状のモノリス担体に担持さ
れていることを特徴とする燃料電池システム。
10. The fuel cell system according to claim 9, wherein the catalyst (27) is supported on a honeycomb-shaped monolithic carrier.
【請求項11】 請求項1乃至請求項10のいずれか一
に記載されている燃料電池システムにおいて、 上記水蒸気供給手段として、上記燃料電池の酸素極から
排出されるガスを上記燃料改質器(5)に対して供給す
る排ガス供給手段(35)を備えていることを特徴とす
る燃料電池システム。
11. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 10, wherein a gas discharged from an oxygen electrode of the fuel cell is used as the steam supply means. 5) A fuel cell system comprising exhaust gas supply means (35) for supplying the exhaust gas to the fuel cell system.
【請求項12】 請求項11に記載されている燃料電池
システムにおいて、 上記燃料改質器(5)に供給される排ガスの酸素濃度及
び水蒸気濃度が所定範囲になるように上記燃料電池の出
力電流を調節する出力電流調節手段(38)を備えてい
ることを特徴とする燃料電池システム。
12. The fuel cell system according to claim 11, wherein the output current of the fuel cell is adjusted so that the oxygen concentration and the water vapor concentration of the exhaust gas supplied to the fuel reformer (5) fall within predetermined ranges. A fuel cell system comprising an output current adjusting means (38) for adjusting the pressure.
【請求項13】 請求項11に記載されている燃料電池
システムにおいて、 上記燃料電池の酸素利用率が0.4〜0.75となるよ
うに該燃料電池の出力電流を調節する出力電流調節手段
を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
13. The fuel cell system according to claim 11, wherein an output current of the fuel cell is adjusted so that an oxygen utilization rate of the fuel cell becomes 0.4 to 0.75. A fuel cell system comprising:
【請求項14】 請求項11に記載されている燃料電池
システムにおいて、 上記燃料改質器(5)に空気を補給する空気補給手段
(39)を備えていることを特徴とする燃料電池システ
ム。
14. The fuel cell system according to claim 11, further comprising air supply means (39) for supplying air to said fuel reformer (5).
JP25718699A 1999-09-10 1999-09-10 Fuel cell system Pending JP2001085039A (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25718699A JP2001085039A (en) 1999-09-10 1999-09-10 Fuel cell system
EP00956985A EP1148024A4 (en) 1999-09-10 2000-09-06 Apparatus for producing hydrogen gas and fuel cell system using the same
KR1020017005883A KR20010075696A (en) 1999-09-10 2000-09-06 Apparatus for producing hydrogen gas and fuel cell system using the same
PCT/JP2000/006075 WO2001019727A1 (en) 1999-09-10 2000-09-06 Apparatus for producing hydrogen gas and fuel cell system using the same
CN00801930A CN1321136A (en) 1999-09-10 2000-09-06 Apparatus for producing hydrogen gas and fuel cell system using same
US11/347,305 US20060143983A1 (en) 1999-09-10 2006-02-06 Apparatus for producing hydrogen gas and fuel cell system using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25718699A JP2001085039A (en) 1999-09-10 1999-09-10 Fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001085039A true JP2001085039A (en) 2001-03-30

Family

ID=17302884

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP25718699A Pending JP2001085039A (en) 1999-09-10 1999-09-10 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001085039A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003272682A (en) * 2002-03-14 2003-09-26 Nissan Motor Co Ltd Fuel reform type fuel cell system
JP2004531447A (en) * 2001-04-19 2004-10-14 ヴェーエス リフォーマー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Compact steam reformer
JP2005235583A (en) * 2004-02-19 2005-09-02 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Fuel cell system and its control method
JP2006500758A (en) * 2002-09-27 2006-01-05 クエストエアー テクノロジーズ インコーポレイテッド Improved solid oxide fuel cell system
JP2007053093A (en) * 2005-08-13 2007-03-01 Samsung Sdi Co Ltd Starting method of fuel cell system
KR20110086371A (en) * 2010-01-22 2011-07-28 한국생산기술연구원 Gas fuel reformer
US8268266B2 (en) 2010-08-10 2012-09-18 General Electric Company System for heat integration within a gas processing section
US8808935B2 (en) 2006-08-31 2014-08-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60161303A (en) * 1984-01-31 1985-08-23 Osaka Gas Co Ltd Process for producing h2-containing gas
JPH0757756A (en) * 1993-08-06 1995-03-03 Toshiba Corp Fuel cell power generation system
JPH08259201A (en) * 1995-03-27 1996-10-08 Ngk Insulators Ltd Reforming device for hydrocarbon fuel
WO1999019249A1 (en) * 1997-10-14 1999-04-22 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A process for the preparation of hydrogen and carbon monoxide

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60161303A (en) * 1984-01-31 1985-08-23 Osaka Gas Co Ltd Process for producing h2-containing gas
JPH0757756A (en) * 1993-08-06 1995-03-03 Toshiba Corp Fuel cell power generation system
JPH08259201A (en) * 1995-03-27 1996-10-08 Ngk Insulators Ltd Reforming device for hydrocarbon fuel
WO1999019249A1 (en) * 1997-10-14 1999-04-22 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A process for the preparation of hydrogen and carbon monoxide

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004531447A (en) * 2001-04-19 2004-10-14 ヴェーエス リフォーマー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Compact steam reformer
JP2003272682A (en) * 2002-03-14 2003-09-26 Nissan Motor Co Ltd Fuel reform type fuel cell system
JP2006500758A (en) * 2002-09-27 2006-01-05 クエストエアー テクノロジーズ インコーポレイテッド Improved solid oxide fuel cell system
JP2005235583A (en) * 2004-02-19 2005-09-02 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Fuel cell system and its control method
JP4584601B2 (en) * 2004-02-19 2010-11-24 株式会社豊田中央研究所 Fuel cell system and control method thereof
JP2007053093A (en) * 2005-08-13 2007-03-01 Samsung Sdi Co Ltd Starting method of fuel cell system
JP4676934B2 (en) * 2005-08-13 2011-04-27 三星エスディアイ株式会社 Starting method of fuel cell system
US8808935B2 (en) 2006-08-31 2014-08-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
KR20110086371A (en) * 2010-01-22 2011-07-28 한국생산기술연구원 Gas fuel reformer
KR101693714B1 (en) 2010-01-22 2017-01-09 한국생산기술연구원 Gas fuel reformer
US8268266B2 (en) 2010-08-10 2012-09-18 General Electric Company System for heat integration within a gas processing section

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20060143983A1 (en) Apparatus for producing hydrogen gas and fuel cell system using the same
JP5282103B2 (en) Hydrogen recycling type MCFC power generation system
KR100987823B1 (en) Solid Oxide Fuel Cell System
JP5773240B2 (en) Gas generator and method for converting fuel to low oxygen gas and / or high hydrogen gas
KR20120028926A (en) Systems and processes of operating fuel cell systems
JP2012530351A (en) System and method for operating a fuel cell system
JP2004087377A (en) Fuel cell power generation system
KR20120028927A (en) Systems and processes for operating fuel cell systems
JP2003002605A (en) Method for operating and stopping steam reformer
JP2001085039A (en) Fuel cell system
WO2008105793A2 (en) Integrated catalytic and turbine system and process for the generation of electricity
JP2001151502A (en) Fuel reforming device
JP2001313053A (en) Fuel cell system
JP2005294207A (en) Fuel cell system
JP2001143731A (en) Fuel cell system
JP2003243018A (en) Hydrogen manufacturing equipment and its operation method
JP2001106513A (en) Fuel reforming device
JPH11149931A (en) Starting method of reforming equipment for fuel cell
KR100987824B1 (en) Start-up protocol of Self-sustained Solid Oxide Fuel Cell System
JP2001080906A (en) Gaseous hydrogen generating device
JP4902165B2 (en) Fuel cell reformer and fuel cell system comprising the fuel cell reformer
JP2001115172A (en) Co-reforming apparatus
JP4145573B2 (en) Start-up method of reformer
JP4791698B2 (en) Reformed fuel cell system and operation control method for reformed fuel cell system
JP2001155747A (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060726

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100309

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100629