JP2004296359A

JP2004296359A - Water supply method and system to solid oxide fuel cell

Info

Publication number: JP2004296359A
Application number: JP2003089429A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ogiwara; 崇荻原; Teruhiro Sakurai; 輝浩桜井; Hisataka Yakabe; 久孝矢加部; Shinji Amo; 伸二天羽
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP4334900B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a water supply method and a system for the same which purify and supply necessary water in a solid oxide fuel cell module, without the need for applying a depurant such as an ion-exchange membrane process, an absorption process by activated carbon or a filtering process. <P>SOLUTION: Water is evaporated with either one kind, or two or more kinds from fuel electrode off-gas, air electrode off-gas or combustion exhaust gas of the both kinds of the off-gas from the solid oxide fuel cell module, and vapor thus obtained is mixed to raw fuel to supply to a fuel electrode of a solid oxide fuel cell. Further, as the water necessary in the module, water extracted by cooling either or both of the fuel electrode off-gas from the module and the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas, is utilized. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法及びそのためのシステムに関し、より具体的には水を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給する方法及びそのためのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体酸化物形燃料電池〔ＳＯＦＣ（＝ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）：以下適宜ＳＯＦＣと略称する〕は、作動温度が８００〜１０００℃の範囲、通常１０００℃程度と高いが、支持膜式ＳＯＦＣのように８００℃程度以下、例えば７５０℃程度の温度で作動するものも開発されている。ＳＯＦＣの単電池すなわちセルは固体酸化物電解質を挟んで燃料極及び空気極（酸化剤として酸素が用いられる場合は酸素極）が配置され、燃料極／電解質（＝固体酸化物電解質）／空気極の３層ユニットで構成される。単電池一個の電圧は低いため、通常、単電池を複数層直列に積層して構成される。
【０００３】
空気極に導入される空気中の酸素は空気極で酸化物イオン（Ｏ^２−）となり、固体酸化物電解質を通って燃料極に至る。ここで、燃料極に導入される燃料と反応して電子を放出し、電気と水等の反応生成物を生成する。空気極での利用済み空気は空気極オフガスとして排出され、燃料極での利用済み燃料は、未利用の燃料、未利用の水蒸気、二酸化炭素等の反応生成物を含む燃料極オフガスとして排出される。
【０００４】
ところで、ＳＯＦＣにおいては、水素（Ｈ_２）及び一酸化炭素（ＣＯ）が燃料となり、電気化学反応に寄与する。このため、都市ガス、ＬＰＧ等の炭化水素を原燃料とする場合、原燃料を水素や一酸化炭素に改質して用いられる。炭化水素のうち、メタンは、ＳＯＦＣの燃料極におけるＮｉ等の触媒で内部改質されて水素や一酸化炭素となりＳＯＦＣの燃料として利用される。
【０００５】
しかし、原燃料に、メタン以外の炭化水素、すなわちエタン、エチレン、プロパン、ブタン等の炭素数Ｃ_２以上の炭化水素が含まれていると、ＳＯＦＣへの配管や燃料極で炭素が析出する。配管に炭素が析出すると流路を狭め、あるいは流路を閉塞してしまい、燃料極で炭素が析出すると電気化学反応を阻害して電池性能を劣化させてしまう。炭素数Ｃ_２以上の炭化水素に起因するこれらの問題は、長期間、繰り返し作動して使用するＳＯＦＣにおいて致命的となる。
【０００６】
都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、ガソリン、あるいは灯油などにはメタン以外の炭化水素、すなわち炭素数Ｃ_２以上の炭化水素が含まれている。例えば都市ガス（１３Ａ）の場合、その組成の一例として、メタン８８．５％、エタン４．６％、プロパン５．４％、ブタン１．５％（％はｖｏｌ％、以下同じ）が含まれており、主成分であるメタンに加え、炭素数Ｃ_２〜Ｃ_４の炭化水素が約１１．５％も含まれている。
【０００７】
このため、これらをＳＯＦＣの燃料とするには、それら炭素数Ｃ_２以上の炭化水素を改質し、Ｃ_２以上の炭化水素をメタン、水素、一酸化炭素に変えて、除去しておく必要がある。この改質には通常水蒸気改質法が用いられる。水蒸気改質法は、炭化水素等の原燃料の水蒸気による改質反応により水素及び一酸化炭素を主成分とする改質ガスを製造する技術であり、原燃料のほか水蒸気が必要である。
【０００８】
ＳＯＦＣで用いられる水に不純物が含まれているとＳＯＦＣの運転に支障を来たしてしまうので、ＳＯＦＣへの供給水は可及的に高純度である必要がある。水中の全体の不純物量は導電率で示されるが、表１は水道水、燃料極オフガスのドレイン水のほか、蒸留等による処理水の導電率を比較したものである。表１のとおり、導電率は、水道水で２７０μＳ／ｃｍであるが、ＳＯＦＣの燃料極オフガスのドレイン水で３４．６μＳ／ｃｍ、蒸留水で２．６９μＳ／ｃｍ、活性炭／イオン交換樹脂／蒸留の三つの浄化処理を経た水で１．８０μＳ／ｃｍである。
【０００９】
【表１】

【００１０】
水道水等の市水は不純物を含むため、これをＳＯＦＣで用いるには高純度に浄化する必要がある。水の浄化法には、イオン交換膜法、活性炭等による吸着法、あるいはフィルター法などがあるが、水道水等の市水をＳＯＦＣで用いる場合には、図１に示すように、活性炭／イオン交換樹脂／蒸留の三つの浄化処理で浄化される。しかし、これら浄化法を適用する場合には、そのための設備が必要となり、またこれらの方法を実施する装置では、いずれ性能低下を来たすという問題もある。また、燃料極オフガスから回収した水の純度は比較的高いが、必要に応じてさらに高純度に浄化する必要がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、固体酸化物形燃料電池モジュールからの排ガス、すなわち燃料極オフガス及び空気極オフガスを利用することにより、上記のような水の浄化法を適用する必要なしに、固体酸化物形燃料電池モジュールにおいて必要な水を浄化して固体酸化物形燃料電池モジュールに供給する方法及びそのためのシステムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は（Ａ）固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法及びそのためのシステムを提供する。
【００１３】
本発明は（Ｂ）固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を冷却して蒸留水として、原燃料と混合し、固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法及びそのためのシステムを提供する。
【００１４】
本発明は（Ｃ）固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法及びそのためのシステムを提供する。
【００１５】
本発明は（Ｄ）固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガスまたは両ガスの燃焼ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法及びそのためのシステムを提供する。
【００１６】
本発明は（Ｅ）固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガスまたは両ガスの燃焼ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発し、生成水蒸気を冷却して蒸留水として、原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法及びそのためのシステムを提供する。前記発明（Ｄ）においては、該抽出水を蒸発した生成水蒸気を原燃料に混合するが、本発明（Ｅ）では、該生成水蒸気をさらに冷却して得られる蒸留水を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
〈本発明（Ａ）の態様〉
本発明（Ａ）は、ＳＯＦＣモジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合してＳＯＦＣモジュールの燃料極に供給することを特徴とする。ここで、該生成水蒸気と原燃料の流量を制御することによりＳ／Ｃ比を制御することができる。また、これに代えて、該生成水蒸気と原燃料の温度を制御してＳ／Ｃ比を制御することもできる。
【００１８】
図２は本発明（Ａ）の態様例を示す図である。図２のとおり、蒸発器兼原燃料混合器を用いる。ＳＯＦＣモジュールからの排気ガス、すなわち燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発する。そして、生成水蒸気を直かに都市ガス等の原燃料に混合し、加湿原燃料としてＳＯＦＣモジュールの燃料極に供給する。本発明（Ａ）によれば、装置の構成としても簡単であり、しかも水ポンプも不要である。また、生成水蒸気と原燃料の流量を制御するだけでＳ／Ｃ比を制御することができる。
【００１９】
ＳＯＦＣで用いられる水に不純物が含まれているとＳＯＦＣの運転に支障を来たしてしまうが、本発明（Ａ）によれば、水からの蒸発成分だけを原燃料に混合するので不純物が少なく、ＳＯＦＣの運転に支障を来たすことがない。また、本発明（Ａ）によれば、従来のように活性炭等による吸着法、イオン交換膜法、あるいはフィルター法などを適用する必要がないので、それらの設備が不要であり、またそれらを実施する装置が性能低下を来たすという問題も解決することができる。
【００２０】
〈本発明（Ｂ）の態様〉
本発明（Ｂ）は、ＳＯＦＣモジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を冷却して蒸留水として、原燃料と混合し、固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする。その際、該蒸留水の流量を水ポンプによりＳ／Ｃ比を制御して原燃料と混合することができる。
【００２１】
上記生成水蒸気の冷却は▲１▼モジュールへの導入空気による冷却、▲２▼モジュールへの導入燃料による冷却、▲３▼モジュールへの導入水による冷却、▲４▼自然冷却、▲５▼ファンによる空気等の流体の吹きつけによる冷却、▲６▼ブロワによる空気等の流体の吹きつけによる冷却、▲７▼ポンプによる空気等の流体の吹きつけによる冷却及び▲８▼水による冷却のうちの少なくとも一種により行うことができる。
【００２２】
本発明（Ｂ）においても、本発明（Ａ）の場合と同様の効果が得られる。すなわち、本発明（Ｂ）によれば、水からの蒸発成分だけを冷却して蒸留水として原燃料に混合するので、ＳＯＦＣの運転に支障を来たすことがない。また、本発明（Ｂ）によれば、従来のようにイオン交換膜法、活性炭等による吸着法、あるいはフィルター法などを適用する必要がないので、それらの設備が不要であり、またそれらを実施する装置が性能低下を来たすという問題も解決することができる。
【００２３】
ここで、本発明（Ａ）〜（Ｂ）のＳＯＦＣモジュールへの水供給方法及びシステムにおいては、これら発明（Ａ）〜（Ｂ）の構成を前提として、それら浄化法を補足的に利用してもよい。すなわち、本発明（Ａ）〜（Ｂ）において、前記水を蒸発する前に、水を活性炭による吸着、イオン交換樹脂による処理、電気集塵による処理、逆浸透膜による処理のうちの一種または二種以上により浄化しておくことにより、本発明（Ａ）〜（Ｂ）の発明で得られる水をさらに高純度にすることができる。
【００２４】
〈本発明（Ｃ）の態様〉
本発明（Ｃ）は、ＳＯＦＣモジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を原燃料に混合してＳＯＦＣモジュールの燃料極に供給することを特徴とする。本発明（Ｃ）においては、ＳＯＦＣモジュールからの燃料極オフガスまたは燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスを冷却して抽出した水は不純物の量が少ないので、これを原燃料に混合して利用する。ここで、該生成水蒸気と原燃料の流量を制御することによりＳ／Ｃ比を制御することができる。また、これに代えて、該生成水蒸気と原燃料の温度を制御してＳ／Ｃ比を制御してもよい。
【００２５】
本発明者らによる実機ＳＯＦＣモジュールについての実測値によると、例えば、原燃料として、組成がメタン＝８８．５％、エタン＝４．６％、プロパン＝５．４％、ブタン＝１．５％の都市ガス（１３Ａ）を用いた実機ＳＯＦＣモジュールから排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを燃焼させた燃焼排ガスの組成は、Ｈ_２Ｏ（水蒸気）＝６．８５％、Ｎ_２＝７６．３％、Ｏ_２＝１３．１％、ＣＯ_２＝３．７４％である。本発明（Ｃ）においては、そのように水蒸気を含む燃焼排ガスを冷却して水を抽出する。
【００２６】
図３は本発明（Ｃ）の態様例を示す図である。図３のとおり、ＳＯＦＣモジュールから燃料極オフガスまたは燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスを冷却して水を抽出し、該抽出水を原燃料に混合してＳＯＦＣモジュールの燃料極に供給する。燃料極オフガスまたは燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスからの水の抽出は、該燃料極オフガスまたは燃焼排ガスの▲１▼ヒートパイプと空気ファンによる冷却、▲２▼ヒートパイプと空気ブロワによる冷却、▲３▼ヒートパイプと空気ポンプによる冷却、▲４▼ヒートパイプと水による冷却、または▲５▼水による冷却により行うことができる。この点、本発明（Ｄ）についても同様である。
【００２７】
本発明（Ｃ）においても、本発明（Ａ）〜（Ｂ）の場合と同様の効果が得られる。すなわち、ＳＯＦＣモジュールからの燃料極オフガス、燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して抽出した水は不純物の量が少ないので、ＳＯＦＣの運転に支障を来たすことがない。また、従来のようにイオン交換膜法、活性炭等による吸着法、あるいはフィルター法などを適用する必要がないので、それらの設備が不要であり、またそれらを実施する装置が性能低下を来たすという問題も解決することができる。
【００２８】
〈本発明（Ｄ）の態様〉
本発明（Ｄ）は、固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガスまたは両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする。この場合、上記生成水蒸気と原燃料の流量を制御することによりＳ／Ｃ比を制御することができる。これに代えて、上記生成水蒸気と原燃料の温度を制御してＳ／Ｃ比を制御してもよい。
【００２９】
ＳＯＦＣからの燃料極オフガスまたは燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスを冷却して抽出した水は不純物の量が少なく、これを蒸発した生成水蒸気もさらに不純物の量が少ないので、本発明（Ｄ）によれば、ＳＯＦＣの運転に支障を来たすことがないのに加え、燃料極オフガス及び空気極オフガスはＳＯＦＣモジュールからのガスであるので、熱効率の点でも非常に有効である。また、従来のように活性炭等による吸着法、イオン交換膜法、あるいはフィルター法などを適用する必要がないので、それらの設備が不要であり、またそれらを実施する装置が性能低下を来たすという問題も解決することができる。
【００３０】
〈本発明（Ｅ）の態様〉
本発明（Ｅ）は、ＳＯＦＣからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸留し、該蒸留水を原燃料に混合してＳＯＦＣの燃料極に供給することを特徴とする。
【００３１】
前記本発明（Ｃ）ではＳＯＦＣからの燃料極オフガスまたは燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスを冷却して抽出した水をそのまま利用するが、本発明（Ｅ）においては、該抽出水をさらに蒸留して利用する。すなわち、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発した後、生成水蒸気を冷却し、得られた蒸留水を利用するものである。該生成水蒸気の冷却は、▲１▼モジュールへの導入空気による冷却、▲２▼モジュールへの導入燃料による冷却、▲３▼モジュールへの導入水による冷却、▲４▼自然冷却、▲５▼ファンによる流体（空気等）の吹きつけによる冷却、▲６▼ブロワによる流体（空気等）の吹きつけによる冷却、▲７▼ポンプによる流体（空気等）の吹きつけによる冷却及び▲８▼水による冷却のうちの少なくとも一種により行うことができる。
【００３２】
本発明（Ｅ）においても、本発明（Ａ）〜（Ｄ）の場合と同様の効果が得られる。すなわち、ＳＯＦＣからの燃料極オフガスまたは燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスを冷却して抽出した水は不純物の量が少ないが、本発明（Ｅ）では、該抽出水をさらに蒸留して高純度にして利用するので、ＳＯＦＣの運転に支障を来たすことがないのに加え、燃料極オフガス及び空気極オフガスはＳＯＦＣモジュールからのガスであるので、熱効率の点でも非常に有効である。また、従来のようにイオン交換膜法、活性炭等による吸着法、あるいはフィルター法などを適用する必要がないので、それらの設備が不要であり、またそれらを実施する装置が性能低下を来たすという問題も解決することができる。
【００３３】
ここで、本発明（Ｃ）〜（Ｅ）のＳＯＦＣモジュールへの水供給方法及びシステムにおいては、これら発明（Ｃ）〜（Ｅ）の構成を前提として、それら浄化法を補足的に利用してもよい。すなわち、本発明（Ｃ）〜（Ｅ）において、前記水を抽出した後、該抽出水を活性炭による吸着、イオン交換樹脂による処理、電気集塵による処理、逆浸透膜による処理のうちの一種または二種以上により浄化しておくことにより、本発明（Ｃ）〜（Ｅ）の発明で得られる水をさらに高純度にすることができる。
【００３４】
本発明におけるＳＯＦＣモジュールに供給する原燃料としては、炭化水素、都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、ガソリン、軽油、灯油、ディーゼル油、アルコール類（メチルアルコール、エチルアルコール等）、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）などが用いられる。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例を基に本発明をさらに詳しく説明するが、本発明が実施例に限定されないことはもちろんである。本実施例は図２に示す態様で実施した。
【００３６】
実機ＳＯＦＣモジュール（発電電力＝６３００Ｗ、電流密度＝０．３Ａ／ｃｍ^２）からの燃料極オフガスと空気極オフガスを燃焼した燃焼排ガスを加熱源として水道水を蒸発した。蒸発器兼原燃料混合器の水面上に、原燃料として都市ガス１３Ａ（メタン８８．５％、エタン４．６％、プロパン５．４％、ブタン１．５％、脱硫済み）を流量１４．９７ＮＬＭ（ＮＬＭ＝ＮｏｒｍａｌＬｉｔｅｒｐｅｒＭｉｎｕｔｅ）で導入した。８５．４℃に加温した飽和水蒸気に直かに混合した。このように原燃料流量、加温温度を制御することによりＳ／Ｃ比（モル）が２．０の混合ガスが得られた。この混合ガスを実機ＳＯＦＣモジュールの燃料極に供給して運転したところ、長期間にわたり何らの支障なく運転を続けることができた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、ＳＯＦＣモジュールの燃料極に供給する水について必要な水の浄化に、ＳＯＦＣモジュールからの排ガス、すなわち燃料極オフガス、空気極オフガスまたは両者の燃焼排ガスを利用することにより、従来のようにイオン交換膜法、活性炭等による吸着法、あるいはフィルター法などを適用する必要なしに、ＳＯＦＣモジュールにおいて必要な水を浄化して供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＳＯＦＣで用いる水の浄化法を示す図
【図２】本発明（Ａ）の態様例を示す図
【図３】本発明（Ｃ）の態様例を示す図[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for supplying water to a solid oxide fuel cell module and a system therefor, and more particularly to a method for mixing water with a raw fuel and supplying it to the fuel electrode of the solid oxide fuel cell module and Regarding the system for that.
[0002]
[Prior art]
A solid oxide fuel cell (SOFC (= Solid Oxide Fuel Cell): hereinafter abbreviated as SOFC as appropriate) has an operating temperature in the range of 800 to 1000 ° C., usually as high as about 1000 ° C. A device operating at a temperature of about 800 ° C. or less, for example, about 750 ° C. has been developed. In a single cell or cell of the SOFC, a fuel electrode and an air electrode (an oxygen electrode when oxygen is used as an oxidant) are arranged with a solid oxide electrolyte interposed therebetween, and a fuel electrode / electrolyte (= solid oxide electrolyte) / air electrode And a three-layer unit. Since the voltage of one unit cell is low, the unit cell is usually configured by stacking a plurality of unit cells in series.
[0003]
Oxygen in the air introduced into the air electrode becomes oxide ions (O ²⁻ ) at the air electrode and reaches the fuel electrode through the solid oxide electrolyte. Here, it reacts with the fuel introduced into the fuel electrode to emit electrons, thereby generating a reaction product such as electricity and water. Spent air at the cathode is discharged as cathode off-gas, and spent fuel at the anode is discharged as anode off-gas containing reaction products such as unused fuel, unused steam, and carbon dioxide. .
[0004]
By the way, in an SOFC, hydrogen (H ₂ ) and carbon monoxide (CO) serve as fuel and contribute to an electrochemical reaction. For this reason, when a hydrocarbon such as city gas or LPG is used as a raw fuel, the raw fuel is used after being reformed into hydrogen or carbon monoxide. Of the hydrocarbons, methane is internally reformed with a catalyst such as Ni at the fuel electrode of the SOFC to become hydrogen or carbon monoxide, which is used as a fuel for the SOFC.
[0005]
However, the raw fuel, hydrocarbons other than methane, i.e. ethane, ethylene, propane and contains carbon number C ₂ or more hydrocarbons such as butane, carbon in the pipe and the fuel electrode of the SOFC precipitated. When carbon is deposited on the pipe, the flow path is narrowed or the flow path is closed, and when carbon is deposited on the fuel electrode, an electrochemical reaction is inhibited and cell performance is deteriorated. These problems caused by C ₂ or more hydrocarbons carbon atoms, long-term, fatal in SOFC used repeatedly operated.
[0006]
City gas, LP gas, natural gas, gasoline, or the like kerosene contains hydrocarbons other than methane, i.e. C ₂ or more hydrocarbons carbon atoms. For example, in the case of city gas (13A), examples of the composition include methane 88.5%, ethane 4.6%, propane 5.4%, and butane 1.5% (% is vol%, the same applies hereinafter). It contains about 11.5% of C ₂ -C ₄ hydrocarbons in addition to methane as the main component.
[0007]
Therefore, these in the fuel of the SOFC, modify them carbon number C ₂ and higher hydrocarbons, by changing the C ₂ and higher hydrocarbons methane, hydrogen, carbon monoxide, necessary to remove There is. For this reforming, a steam reforming method is usually used. The steam reforming method is a technique for producing a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components by a reforming reaction of a raw fuel such as a hydrocarbon with steam, and requires steam in addition to the raw fuel.
[0008]
When impurities used in water used in the SOFC contain impurities, the operation of the SOFC is hindered. Therefore, the water supplied to the SOFC needs to be as pure as possible. The total amount of impurities in water is indicated by conductivity, and Table 1 compares the conductivity of tap water, drain water of fuel electrode off-gas, and water treated by distillation or the like. As shown in Table 1, the conductivity is 270 μS / cm for tap water, 34.6 μS / cm for drain water of SOFC fuel electrode off-gas, 2.69 μS / cm for distilled water, activated carbon / ion exchange resin / distillation. 1.80 μS / cm for water that has undergone the three purification processes described above.
[0009]
[Table 1]

[0010]
Since city water such as tap water contains impurities, it must be purified to high purity in order to use it in SOFC. Water purification methods include an ion exchange membrane method, an adsorption method using activated carbon, and a filter method. When city water such as tap water is used in an SOFC, activated carbon / ion is used as shown in FIG. Purified by three purification processes: exchange resin / distillation. However, when these purification methods are applied, there is a problem that equipment for the methods is required, and there is a problem that the performance of the apparatus for implementing these methods will eventually decrease. Further, the purity of the water recovered from the fuel electrode off-gas is relatively high, but it is necessary to purify the water to higher purity if necessary.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention utilizes the exhaust gas from the solid oxide fuel cell module, that is, the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas, thereby eliminating the need for applying the water purification method as described above, thereby enabling the solid oxide fuel cell to be used. It is an object of the present invention to provide a method for purifying necessary water in a module and supplying the purified water to a solid oxide fuel cell module, and a system therefor.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides (A) a method of evaporating water using one or more of a fuel electrode off-gas, an air electrode off-gas, and a combustion exhaust gas of both off-gases from a solid oxide fuel cell module as a heat source to generate water vapor. Provided is a method for supplying water to a solid oxide fuel cell module, which is mixed with raw fuel and supplied to a fuel electrode of the solid oxide fuel cell module, and a system therefor.
[0013]
The present invention relates to (B) evaporating water using one or more of the fuel electrode off-gas, the air electrode off-gas, and the combustion exhaust gas of both off-gases from the solid oxide fuel cell module as a heat source to generate water vapor. Provided is a method for supplying water to a solid oxide fuel cell module, which is cooled and distilled water is mixed with a raw fuel and supplied to a fuel electrode of the solid oxide fuel cell module, and a system therefor. .
[0014]
The present invention provides (C) cooling water to extract water by cooling one or both of the fuel electrode off-gas from the solid oxide fuel cell module and the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas, and extracting the extracted water. Provided is a method for supplying water to a solid oxide fuel cell module, which is mixed with raw fuel and supplied to a fuel electrode of the solid oxide fuel cell module, and a system therefor.
[0015]
The present invention cools (D) the fuel electrode off-gas from the solid oxide fuel cell module and one or both of the fuel electrode off-gas and the combustion exhaust gas of the air electrode off-gas to extract water and extract the water. Evaporate one or more of the fuel electrode off-gas, the air electrode off-gas or the combustion gas of both gases as a heating source, mix the generated steam with the raw fuel, and apply it to the fuel electrode of the solid oxide fuel cell module. Provided is a method for supplying water to a solid oxide fuel cell module, which is characterized by supplying water, and a system therefor.
[0016]
The present invention cools (E) the fuel electrode offgas from the solid oxide fuel cell module and / or one or both of the fuel exhaust gas of the fuel electrode offgas and the air electrode offgas to extract water and extract the water. Either one or more of the fuel electrode off-gas, the air electrode off-gas or the combustion gas of both gases is evaporated as a heating source, the resulting steam is cooled and distilled water is mixed with the raw fuel to form a solid oxide. Provided are a method for supplying water to a solid oxide fuel cell module, which is supplied to a fuel electrode of a fuel cell module, and a system therefor. In the above invention (D), the produced steam obtained by evaporating the extracted water is mixed with the raw fuel. In the present invention (E), distilled water obtained by further cooling the produced steam is mixed with the raw fuel. It is supplied to the fuel electrode of the solid oxide fuel cell module.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<Aspect of the present invention (A)>
In the present invention (A), water is evaporated using one or more of the fuel electrode off-gas, the air electrode off-gas, and both off-gas combustion exhaust gas from the SOFC module as a heating source, and the generated steam is mixed with the raw fuel. And supply it to the fuel electrode of the SOFC module. Here, the S / C ratio can be controlled by controlling the flow rates of the generated steam and the raw fuel. Alternatively, the S / C ratio can be controlled by controlling the temperatures of the generated steam and the raw fuel.
[0018]
FIG. 2 is a diagram showing an example of an embodiment of the present invention (A). As shown in FIG. 2, an evaporator / raw fuel mixer is used. Water is evaporated using one or more of the exhaust gas from the SOFC module, ie, the fuel electrode off-gas, the air electrode off-gas, and the combustion exhaust gas of both off-gases as a heating source. Then, the generated steam is directly mixed with a raw fuel such as a city gas and supplied to the fuel electrode of the SOFC module as a humidified raw fuel. According to the present invention (A), the configuration of the device is simple, and a water pump is not required. Further, the S / C ratio can be controlled only by controlling the flow rates of the generated steam and the raw fuel.
[0019]
If the water used in the SOFC contains impurities, the operation of the SOFC will be hindered. However, according to the present invention (A), only the components evaporated from the water are mixed with the raw fuel, so that the impurities are small. There is no hindrance to the operation of the SOFC. Further, according to the present invention (A), there is no need to apply an adsorption method using activated carbon or the like, an ion-exchange membrane method, a filter method, or the like as in the prior art. This can also solve the problem that the performance of the device decreases.
[0020]
<Aspect of the present invention (B)>
The present invention (B) evaporates water by using one or more of the fuel electrode off-gas, the air electrode off-gas, and both off-gas combustion exhaust gas from the SOFC module as a heating source, cools the generated steam, and performs distillation. Water is mixed with raw fuel and supplied to the fuel electrode of the solid oxide fuel cell module. At this time, the flow rate of the distilled water can be mixed with the raw fuel by controlling the S / C ratio by a water pump.
[0021]
The generated steam is cooled by (1) cooling by air introduced into the module, (2) cooling by fuel introduced into the module, (3) cooling by water introduced into the module, (4) natural cooling, and (5) by a fan. At least one of cooling by blowing a fluid such as air, (6) cooling by blowing a fluid such as air by a blower, (7) cooling by blowing a fluid such as air by a pump, and (8) cooling by water. It can be done by one kind.
[0022]
In the present invention (B), the same effect as in the case of the present invention (A) can be obtained. That is, according to the present invention (B), only the evaporating component from water is cooled and mixed with the raw fuel as distilled water, so that there is no hindrance to the operation of the SOFC. Further, according to the present invention (B), since it is not necessary to apply an ion exchange membrane method, an adsorption method using activated carbon or the like, or a filter method as in the related art, such equipment is not required, and these methods can be implemented. This can also solve the problem that the performance of the device decreases.
[0023]
Here, in the method and system for supplying water to the SOFC module according to the present inventions (A) and (B), these purification methods are supplementarily used based on the configuration of the inventions (A) and (B). Is also good. That is, in the present invention (A) and (B), before evaporating the water, water is adsorbed with activated carbon, treated with ion exchange resin, treated with electrostatic dust, or treated with reverse osmosis membrane. By purifying with the seeds or more, the water obtained by the inventions of the present invention (A) and (B) can be further purified.
[0024]
<Aspect of the present invention (C)>
The present invention (C) cools the fuel electrode off-gas from the SOFC module and / or the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas to extract water, and mixes the extracted water with the raw fuel. And supply it to the fuel electrode of the SOFC module. In the present invention (C), water extracted by cooling the fuel electrode off-gas or the fuel exhaust gas from the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas from the SOFC module has a small amount of impurities. I do. Here, the S / C ratio can be controlled by controlling the flow rates of the generated steam and the raw fuel. Alternatively, the S / C ratio may be controlled by controlling the temperatures of the generated steam and the raw fuel.
[0025]
According to the actual measurement values of the actual SOFC module by the present inventors, for example, as raw fuel, the composition is methane = 88.5%, ethane = 4.6%, propane = 5.4%, butane = 1.5%. The composition of the combustion exhaust gas obtained by burning the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas discharged from the actual SOFC module using city gas (13A) is H ₂ O (water vapor) = 6.85%, N ₂ = 76. 3%, O ₂ = 13.1%, CO ₂ = 3.74%. In the present invention (C), the combustion exhaust gas containing steam is cooled to extract water.
[0026]
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention (C). As shown in FIG. 3, water is extracted by cooling the fuel electrode off-gas or the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas from the SOFC module, and the extracted water is mixed with the raw fuel and supplied to the fuel electrode of the SOFC module. Extraction of water from the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas or the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas is performed by cooling the fuel electrode off-gas or the combustion exhaust gas by (1) a heat pipe and an air fan, and (2) cooling by a heat pipe and an air blower. (3) cooling with a heat pipe and an air pump, (4) cooling with a heat pipe and water, or (5) cooling with water. This is the same for the present invention (D).
[0027]
In the present invention (C), the same effects as in the cases of the present invention (A) and (B) can be obtained. That is, water extracted by cooling the fuel electrode off-gas from the SOFC module, or one or both of the fuel electrode off-gas and the combustion exhaust gas of the air electrode off-gas, has a small amount of impurities, which hinders the operation of the SOFC. Nothing. In addition, since it is not necessary to apply an ion exchange membrane method, an adsorption method using activated carbon, or a filter method as in the conventional case, such equipment is unnecessary, and the performance of an apparatus for performing such methods is reduced. Can also be solved.
[0028]
<Aspect of the present invention (D)>
In the present invention (D), water is extracted by cooling one or both of the fuel electrode off-gas from the solid oxide fuel cell module and the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas, and extracting the water. The fuel electrode of the solid oxide fuel cell module is evaporated by using one or more of the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas, the air electrode off-gas or both off-gases as a heating source, and mixing the generated steam with the raw fuel. Is supplied. In this case, the S / C ratio can be controlled by controlling the flow rates of the generated steam and the raw fuel. Instead, the S / C ratio may be controlled by controlling the temperatures of the generated steam and the raw fuel.
[0029]
The water extracted by cooling the fuel electrode off-gas or the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas from the SOFC has a small amount of impurities, and the steam generated by evaporating the water further contains a small amount of impurities. According to), the operation of the SOFC is not hindered, and the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas are gases from the SOFC module, so that they are very effective in terms of thermal efficiency. Further, there is no need to apply an adsorption method using activated carbon or the like, an ion exchange membrane method, a filter method, or the like as in the prior art, so that such equipment is unnecessary, and the performance of an apparatus for implementing such methods is reduced. Can also be solved.
[0030]
<Aspect of the present invention (E)>
The present invention (E) cools one or both of the fuel electrode off-gas from the SOFC and the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas to extract water, and extracts the extracted water from the fuel electrode off-gas and air. One or two or more of the off-gas and the off-gas of the off-gas are distilled as a heating source, and the distilled water is mixed with the raw fuel and supplied to the fuel electrode of the SOFC.
[0031]
In the present invention (C), the water extracted by cooling the fuel electrode off-gas or the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas from the SOFC is used as it is. In the present invention (E), the extracted water is further used. Distill and use. That is, the extracted water is evaporated using one or more of the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas, the air electrode off-gas, and both off-gases as a heating source, and then the generated steam is cooled and the obtained distilled water is used. Is what you do. The produced steam is cooled by (1) cooling by air introduced into the module, (2) cooling by fuel introduced into the module, (3) cooling by water introduced into the module, (4) natural cooling, and (5) fan. (6) Cooling by blowing fluid (air etc.) by blower, (7) Cooling by blowing fluid (air etc.) by pump and (8) Cooling by water At least one of the following.
[0032]
In the present invention (E), the same effects as those of the present invention (A) to (D) can be obtained. That is, water extracted by cooling the fuel electrode off-gas from the SOFC or the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas has a small amount of impurities, but in the present invention (E), the extracted water is further distilled to obtain a high amount of impurities. Since it is used at a purity, there is no hindrance to the operation of the SOFC. In addition, since the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas are gases from the SOFC module, they are very effective in terms of thermal efficiency. In addition, since it is not necessary to apply an ion exchange membrane method, an adsorption method using activated carbon, or a filter method as in the conventional case, such equipment is unnecessary, and the performance of an apparatus for performing such methods is reduced. Can also be solved.
[0033]
Here, in the method and system for supplying water to the SOFC module according to the present inventions (C) to (E), these purification methods are used supplementarily, based on the configuration of the inventions (C) to (E). Is also good. That is, in the present invention (C) to (E), after extracting the water, the extracted water is adsorbed with activated carbon, treated with an ion exchange resin, treated with an electrostatic precipitator, or treated with a reverse osmosis membrane. By purifying with two or more types, the water obtained by the inventions (C) to (E) can be further purified.
[0034]
The raw fuel supplied to the SOFC module in the present invention includes hydrocarbons, city gas, LP gas, natural gas, gasoline, light oil, kerosene, diesel oil, alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, etc.), dimethyl ether (DME), and the like. Is used.
[0035]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but it is needless to say that the present invention is not limited to Examples. This example was implemented in the mode shown in FIG.
[0036]
Tap water was evaporated using a combustion exhaust gas obtained by burning a fuel electrode off-gas and an air electrode off-gas from an actual SOFC module (generated power = 6300 W, current density = 0.3 A / cm ² ) as a heating source. 13. Flow rate of city gas 13A (methane 88.5%, ethane 4.6%, propane 5.4%, butane 1.5%, desulfurized) as a raw fuel on the water surface of the evaporator / raw fuel mixer. Introduced at 97 NLM (NLM = Normal Liter per Minute). Immediately mixed with saturated steam heated to 85.4 ° C. Thus, by controlling the raw fuel flow rate and the heating temperature, a mixed gas having an S / C ratio (mol) of 2.0 was obtained. When this mixed gas was supplied to the fuel electrode of the actual SOFC module for operation, the operation could be continued without any trouble for a long period of time.
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, the conventional exhaust gas from the SOFC module, that is, the fuel electrode off-gas, the air electrode off-gas, or the combustion exhaust gas of both of them is used to purify the water required for the water supplied to the fuel electrode of the SOFC module. As described above, the water required in the SOFC module can be purified and supplied without the need to apply the ion exchange membrane method, the adsorption method using activated carbon, or the filter method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a method for purifying water used in a conventional SOFC. FIG. 2 is a diagram showing an example of an embodiment of the present invention (A). FIG. 3 is a diagram showing an example of an embodiment of the present invention (C).

Claims

固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。Water is evaporated using one or more of the fuel electrode off-gas, the air electrode off-gas, and both off-gas combustion exhaust gas from the solid oxide fuel cell module as a heat source, and the generated steam is mixed with the raw fuel. A method for supplying water to a solid oxide fuel cell module, wherein the water is supplied to a fuel electrode of the solid oxide fuel cell module.

請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、上記生成水蒸気と原燃料の流量を制御してＳ／Ｃ比を制御することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。2. The method for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to claim 1, wherein the flow rate of the generated steam and the raw fuel is controlled to control the S / C ratio. How to supply water to the module.

請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、上記生成水蒸気と原燃料の温度を制御してＳ／Ｃ比を制御することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。2. The method for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to claim 1, wherein the S / C ratio is controlled by controlling the temperature of the generated steam and the temperature of the raw fuel. How to supply water to the module.

固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を冷却して蒸留水として、原燃料と混合し、固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。Water is evaporated using one or more of the fuel electrode off-gas, air electrode off-gas, and both off-gas combustion exhaust gas from the solid oxide fuel cell module as a heat source, and the resulting steam is cooled to form distilled water. A method for supplying water to a solid oxide fuel cell module, wherein the water is mixed with raw fuel and supplied to a fuel electrode of the solid oxide fuel cell module.

請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、上記生成水蒸気の冷却を▲１▼モジュールへの導入空気による冷却、▲２▼モジュールへの導入燃料による冷却、▲３▼モジュールへの導入水による冷却、▲４▼自然冷却、▲５▼ファンによる冷却、▲６▼ブロワによる冷却、▲７▼ポンプによる冷却及び▲８▼水による冷却のうちの少なくとも一種または二種以上により行うことを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。5. The method for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to claim 4, wherein the produced steam is cooled by (1) cooling by air introduced into the module, (2) cooling by fuel introduced into the module, (3). At least one or two of cooling by water introduced into the module, (4) natural cooling, (5) cooling by a fan, (6) cooling by a blower, (7) cooling by a pump, and (8) cooling by water. A method for supplying water to a solid oxide fuel cell module, which is performed as described above.

請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、前記水を蒸発する前に、水を活性炭による吸着、イオン交換樹脂による処理、電気集塵による処理、逆浸透膜による処理の一種または二種以上により浄化することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。The method for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to any one of claims 1 to 5, wherein the water is adsorbed with activated carbon, treated with an ion-exchange resin, and electric dust is collected before the water is evaporated. A method for supplying water to a solid oxide fuel cell module, wherein the water is purified by one or more of the following treatments using a reverse osmosis membrane.

固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。One or both of the fuel electrode off-gas from the solid oxide fuel cell module and the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas are cooled to extract water, and the extracted water is mixed with the raw fuel. A method for supplying water to a solid oxide fuel cell module, wherein the water is supplied to a fuel electrode of the solid oxide fuel cell module.

固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガス及び両ガスの燃焼ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。One or both of the fuel electrode off-gas from the solid oxide fuel cell module and the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas are cooled to extract water, and the extracted water is used as the fuel electrode off-gas and the air electrode. One or more of the off-gas and the combustion gas of the two gases is evaporated as a heating source, and the generated steam is mixed with the raw fuel and supplied to the fuel electrode of the solid oxide fuel cell module. To supply water to a solid oxide fuel cell module.

請求項８に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、上記生成水蒸気と原燃料の流量を制御してＳ／Ｃ比を制御することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。The method for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to claim 8, wherein the S / C ratio is controlled by controlling the flow rates of the produced steam and the raw fuel. How to supply water to the module.

請求項８に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、上記生成水蒸気と原燃料の温度を制御してＳ／Ｃ比を制御することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。The method for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to claim 8, wherein the S / C ratio is controlled by controlling the temperature of the produced steam and the raw fuel. How to supply water to the module.

固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガスまたは両ガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発し、生成水蒸気を冷却して蒸留水とし、原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。One or both of the fuel electrode off-gas from the solid oxide fuel cell module and the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas are cooled to extract water, and the extracted water is used as the fuel electrode off-gas and the air electrode. Evaporation using one or more of the off-gas or the combustion exhaust gas of both gases as a heating source, cooling the produced steam to distilled water, mixing it with the raw fuel and mixing it with the fuel electrode of the solid oxide fuel cell module And supplying water to the solid oxide fuel cell module.

請求項１１に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、前記抽出水を蒸発して生成した水蒸気の冷却を▲１▼モジュールへの導入空気による冷却、▲２▼モジュールへの導入燃料による冷却、▲３▼モジュールへの導入水による冷却、▲４▼自然冷却、▲５▼ファンによる冷却、▲６▼ブロワによる冷却、▲７▼ポンプによる冷却及び▲８▼水による冷却のうちの少なくとも一種により行うことを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。12. The method for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to claim 11, wherein the cooling of the water vapor generated by evaporating the extracted water comprises: (1) cooling by air introduced into the module; and (2) cooling to the module. Cooling by introduced fuel, (3) cooling by water introduced into the module, (4) natural cooling, (5) cooling by fan, (6) cooling by blower, (7) cooling by pump and (8) cooling by water. A method for supplying water to a solid oxide fuel cell module, wherein the method is performed by at least one of the above.

請求項７〜１２のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、前記燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出するに際して、その冷却を▲１▼ヒートパイプと空気ファンによる冷却、▲２▼ヒートパイプと空気ブロワによる冷却、▲３▼ヒートパイプと空気ポンプによる冷却、▲４▼ヒートパイプと水による冷却または▲５▼水による冷却で行うことを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。The method for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to any one of claims 7 to 12, wherein one or both of the fuel electrode off-gas and the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas are provided. When cooling water to extract water, the cooling is performed by (1) cooling with a heat pipe and an air fan, (2) cooling with a heat pipe and an air blower, (3) cooling with a heat pipe and an air pump, and (4) heat. A method for supplying water to a solid oxide fuel cell module, which is performed by cooling with a pipe and water or (5) cooling with water.

請求項７〜１３のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、前記水を抽出した後の該抽出水を、活性炭による吸着、イオン交換樹脂による処理、電気集塵による処理、逆浸透膜による処理のうちの一種または二種以上により浄化することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。The method for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to any one of claims 7 to 13, wherein the extracted water after extraction of the water is adsorbed with activated carbon, treated with an ion exchange resin, and used for electricity. A method for supplying water to a solid oxide fuel cell module, wherein purification is performed by one or more of treatment by dust collection and treatment by a reverse osmosis membrane.

請求項１〜１４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法において、前記原燃料が炭化水素、都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、ガソリン、軽油、灯油、ディーゼル油、アルコール類またはジメチルエーテルであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給方法。The method for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to any one of claims 1 to 14, wherein the raw fuel is hydrocarbon, city gas, LP gas, natural gas, gasoline, light oil, kerosene, diesel. A method for supplying water to a solid oxide fuel cell module, which is oil, alcohols or dimethyl ether.

固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。Water is evaporated using one or more of the fuel electrode off-gas, the air electrode off-gas, and both off-gas combustion exhaust gas from the solid oxide fuel cell module as a heat source, and the generated steam is mixed with the raw fuel. A water supply system for a solid oxide fuel cell module, wherein the water is supplied to a fuel electrode of the solid oxide fuel cell module.

請求項１６に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、上記生成水蒸気と原燃料の流量を制御してＳ／Ｃ比を制御するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。17. The system for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to claim 16, wherein the S / C ratio is controlled by controlling the flow rates of the produced steam and the raw fuel. Water supply system for physical fuel cell modules.

請求項１６に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、上記生成水蒸気と原燃料の温度を制御してＳ／Ｃ比を制御するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。17. The system for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to claim 16, wherein the S / C ratio is controlled by controlling the temperature of the generated steam and the temperature of the raw fuel. Water supply system for physical fuel cell modules.

固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス、空気極オフガス、両オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として水を蒸発し、生成水蒸気を冷却して蒸留水として、原燃料と混合し、固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。Water is evaporated using one or more of the fuel electrode off-gas, air electrode off-gas, and both off-gas combustion exhaust gas from the solid oxide fuel cell module as a heat source, and the resulting steam is cooled to form distilled water. A water supply system for a solid oxide fuel cell module, wherein the water is mixed with raw fuel and supplied to a fuel electrode of the solid oxide fuel cell module.

請求項１９に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、前記生成水蒸気の冷却を▲１▼モジュールへの導入空気による冷却、▲２▼モジュールへの導入燃料による冷却、▲３▼モジュールへの導入水による冷却、▲４▼自然冷却、▲５▼ファンによる冷却、▲６▼ブロワによる冷却、▲７▼ポンプによる冷却及び▲８▼水による冷却のうちの少なくとも一種または二種以上により行うようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。20. The system for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to claim 19, wherein the produced steam is cooled by (1) cooling with air introduced into the module, (2) cooling with fuel introduced into the module, (3). At least one or two of cooling by water introduced into the module, (4) natural cooling, (5) cooling by a fan, (6) cooling by a blower, (7) cooling by a pump, and (8) cooling by water. A water supply system for a solid oxide fuel cell module, characterized in that it is performed as described above.

請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、前記水を蒸発する前に、水を活性炭による吸着、イオン交換樹脂による処理、電気集塵による処理、逆浸透膜による処理の一種または二種以上により浄化するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。The water supply system for a solid oxide fuel cell module according to any one of claims 16 to 20, wherein the water is adsorbed with activated carbon, treated with an ion exchange resin, and electric dust is collected before evaporating the water. A water supply system for a solid oxide fuel cell module, wherein the water is purified by one or more of a treatment by a reverse osmosis membrane and a treatment by a reverse osmosis membrane.

固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。One or both of the fuel electrode off-gas from the solid oxide fuel cell module and the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas are cooled to extract water, and the extracted water is mixed with the raw fuel. A water supply system for a solid oxide fuel cell module, wherein the water is supplied to a fuel electrode of the solid oxide fuel cell module.

固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガス及び両ガスの燃焼ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発し、生成水蒸気を原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。One or both of the fuel electrode off-gas from the solid oxide fuel cell module and the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas are cooled to extract water, and the extracted water is used as the fuel electrode off-gas and the air electrode. Either one or two or more of the off-gas and the combustion gas of both gases are evaporated as a heating source, and the produced steam is mixed with the raw fuel and supplied to the fuel electrode of the solid oxide fuel cell module. A water supply system for a solid oxide fuel cell module.

請求項２３に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、上記生成水蒸気と原燃料の流量を制御してＳ／Ｃ比を制御するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。24. The system for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to claim 23, wherein the S / C ratio is controlled by controlling the flow rates of the generated steam and the raw fuel. Water supply system for physical fuel cell modules.

請求項２３に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、上記生成水蒸気と原燃料の温度を制御してＳ／Ｃ比を制御するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。24. The system for supplying water to a solid oxide fuel cell module according to claim 23, wherein the S / C ratio is controlled by controlling the temperature of the produced steam and the temperature of the raw fuel. Water supply system for physical fuel cell modules.

固体酸化物形燃料電池モジュールからの燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出し、該抽出水を燃料極オフガス、空気極オフガスまたは両ガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一種または二種以上を加熱源として蒸発し、生成水蒸気を冷却して蒸留水として、原燃料に混合して固体酸化物形燃料電池モジュールの燃料極に供給するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。One or both of the fuel electrode off-gas from the solid oxide fuel cell module and the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas are cooled to extract water, and the extracted water is used as the fuel electrode off-gas and the air electrode. The fuel electrode of the solid oxide fuel cell module is formed by evaporating one or more of the off-gas or the combustion exhaust gas of both gases as a heating source, cooling the produced steam and mixing it with the raw fuel as distilled water. A system for supplying water to a solid oxide fuel cell module, wherein the system supplies water to a solid oxide fuel cell module.

請求項２６に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、前記抽出水を蒸発して生成した水蒸気の冷却を▲１▼モジュールへの導入空気による冷却、▲２▼モジュールへの導入燃料による冷却、▲３▼モジュールへの導入水による冷却、▲４▼自然冷却、▲５▼ファンによる冷却、▲６▼ブロワによる冷却、▲７▼ポンプによる冷却及び▲８▼水による冷却のうちの少なくとも一種により行うようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。27. The water supply system for a solid oxide fuel cell module according to claim 26, wherein cooling of the steam generated by evaporating the extracted water is performed by (1) cooling by air introduced into the module, and (2) cooling by the air introduced into the module. Cooling by introduced fuel, (3) cooling by water introduced into the module, (4) natural cooling, (5) cooling by fan, (6) cooling by blower, (7) cooling by pump and (8) cooling by water. A water supply system for a solid oxide fuel cell module, wherein the water supply system is performed by at least one of the above.

請求項２２〜２７のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、前記燃料極オフガス及び燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼排ガスのうちのいずれか一方または両方を冷却して水を抽出するに際して、その冷却を▲１▼ヒートパイプと空気ファンによる冷却、▲２▼ヒートパイプと空気ブロワによる冷却、▲３▼ヒートパイプと空気ポンプによる冷却、▲４▼ヒートパイプと水による冷却または▲５▼水による冷却で行うようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。The water supply system for a solid oxide fuel cell module according to any one of claims 22 to 27, wherein one or both of the fuel electrode off-gas and the combustion exhaust gas of the fuel electrode off-gas and the air electrode off-gas are provided. When cooling water to extract water, the cooling is performed by (1) cooling with a heat pipe and an air fan, (2) cooling with a heat pipe and an air blower, (3) cooling with a heat pipe and an air pump, and (4) heat. A system for supplying water to a solid oxide fuel cell module, wherein the system is cooled by pipes and water or (5) water.

請求項２２〜２８のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、前記水を抽出した後の該抽出水を、活性炭による吸着、イオン交換樹脂による処理、電気集塵による処理、逆浸透膜による処理のうちの一種または二種以上により浄化するようにしてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。The water supply system for a solid oxide fuel cell module according to any one of claims 22 to 28, wherein the extracted water after extraction of the water is adsorbed with activated carbon, treated with an ion exchange resin, and used for electricity. A water supply system for a solid oxide fuel cell module, wherein the water is purified by one or more of treatment by dust collection and treatment by a reverse osmosis membrane.

請求項１６〜２９のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システムにおいて、前記原燃料が炭化水素、都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、ガソリン、軽油、灯油、ディーゼル油、アルコール類またはジメチルエーテルであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュールへの水供給システム。The water supply system for a solid oxide fuel cell module according to any one of claims 16 to 29, wherein the raw fuel is hydrocarbon, city gas, LP gas, natural gas, gasoline, light oil, kerosene, diesel. A water supply system for a solid oxide fuel cell module, which is oil, alcohols or dimethyl ether.