JP4929565B2

JP4929565B2 - 燃料電池発電装置

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Publication number: JP4929565B2
Application number: JP2004212265A
Authority: JP
Inventors: 孝博中野利
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: JP2006032236A

Description

本発明は、燃料電池発電装置に関し、特に、原燃料である炭化水素ガスを水蒸気改質する燃料改質装置と当該燃料改質装置により改質された水素を用いて発電する燃料電池とを組み合わせた燃料電池発電装置に関する。

燃料電池は、燃料の有する化学エネルギーを機械エネルギーまたは熱エネルギーを経由することなく直接的に電気エネルギーへ変換する装置であって、高いエネルギー効率を実現することができる装置である。一般的に良く知られた燃料電池の形態として電解質を挟んで一対の電極を配置する形態がある。この形態において、一対の電極の内の一方の電極（アノード：anode）側に水素を有する燃料ガスを供給すると共に、他方の電極（カソード：cathode）側に酸素を有する酸化ガスを供給し、両極間で起きる電気化学反応を利用して起電力を得ることができる。以下に、燃料電池で起きる電気化学反応式を示す。

Ｈ_２ → ２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ （１）
（１／２）Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ → Ｈ_２Ｏ（２）
Ｈ_２＋（１／２）Ｏ_２ → Ｈ_２Ｏ（３）

式（１）はアノード側における反応を示す反応式であり、式（２）はカソード側における反応を示す反応式であり、式（３）は燃料電池全体の全反応を示す反応式である。

燃料電池（燃料電池発電装置）は使用する電解質の種類により分類されている。燃料電池の中で、高分子電解質膜を使用する固体高分子型燃料電池または固体高分子電解質形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell : ＰＥＦＣ）、リン酸を電解質として使用するリン酸型燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell : ＰＡＦＣ）、炭酸イオンを電荷担体とする電解質を使用する溶融炭酸塩型燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell : ＭＣＦＣ）等では、使用する電解質の性質から、二酸化炭素を含む酸化ガスまたは炭酸ガスを使用することが可能である。そこで、通常これらの燃料電池では、空気を酸化ガスとして用い、天然ガス等の炭化水素系の原燃料を水蒸気改質して生成した水素を含むガスを燃料ガスとして用いている。

このため、上述のような燃料電池を備えた燃料電池発電装置（燃料電池システム）には、改質器と水蒸気改質反応に伴って残存する一酸化炭素の濃度を下げるための一酸化炭素変成器とが設けられている。この改質器および一酸化炭素変成器において原燃料の改質を行ない、燃料ガスを生成している。式（４）は、燃料としてメタンを用いた場合の改質器におけるメタンの改質反応（水蒸気改質反応）を示す反応式である。

ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ＋３Ｈ_２（＋206.14 KJ/mol：吸熱反応）（４）

式（４）に示されるように、メタンの改質反応は気化熱および改質熱に等しい吸熱を要する吸熱反応である。この吸熱をまかなうために、メタンに水蒸気を添加した上で、燃料電池からの燃料オフガスを燃焼させた燃焼排ガスを利用して、粒状改質触媒を６００〜７００℃に保つことにより、水素に富む（水素リッチな）改質ガスを生成している。

改質器を出た改質ガスは、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減させるために一酸化炭素変成器へ供給される。この一酸化炭素変成器で一酸化炭素濃度は１％以下に低減されるため、白金触媒の劣化を防ぐために一酸化炭素濃度を１％以下にする必要のあるリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）であれば、このガスをＰＡＦＣ本体へと導入して発電を行なうことができる。

一方、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、高分子電解質膜の抵抗が小さいため動作温度は６０〜８０℃と低い。このため、両極の反応が迅速に進むように電極触媒として白金が使用されている。しかし改質ガス中に一酸化炭素が存在すると、この一酸化炭素による触媒被毒により活性が低下するため、一酸化炭素濃度をさらに低減させる必要がある。そこで改質ガスは一酸化炭素変成器に供給され、ここで一酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ以下に低減させている。

従来、改質器または変成器に供給される水は、例えば特許文献１に記載されているように、原燃料の量および供給タイミングに応じて燃料側水ポンプによりその量を制御している。このようにして改質ガスは固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）に供給される。しかし、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）では、高分子電解質膜内においてイオンの流れによってアノード側から水が持ち去られる電気浸透現象（Electro-osmosis）が生じるため、高分子電解質膜の乾燥が起こる結果、イオンの導電性が確保できず電気抵抗の増大により出力が低下してしまう。そこで、アノードおよびカソードの両電極間で電気化学反応を効率よく起こすためには高分子電解質膜を湿潤状態とすることが必要であり、このため、反応ガスを加湿して水分を高分子電解質膜に供給している。

図４は、従来の燃料電池発電装置７０の構成の概略を示す。図４において、符号１は供給された天然ガス等の炭化水素系の原燃料３０に含まれる硫黄分の脱硫を行なう脱硫器、８は水蒸気改質用水３２を水蒸気発生器２（後述）へ供給する水蒸気改質用水供給ポンプ、７は上述の吸熱反応をまかなうためのバーナ、２は脱硫器１で脱硫された原燃料３０が混合された、水蒸気改質用水供給ポンプ８により供給された水蒸気改質用水３２から水蒸気を発生させる水蒸気発生器、３は水蒸気発生器２から供給された水蒸気から水素リッチな改質ガスを生成する改質器、４は改質器３から出た改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる一酸化炭素（ＣＯ）変成器、５はＣＯ変成器４から出た改質ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素へ変換することにより除去して燃料ガス３６を生成する一酸化炭素（ＣＯ）除去器、２２はバーナ７、水蒸気発生器２、改質器３、ＣＯ変成器４およびＣＯ除去器５から構成される燃料改質装置である。なお、燃料改質装置２２は狭義にはバーナ７を除くものとする。続けて、符号１０は燃料ガス３６を加湿するための加湿用水３８を燃料ガス加湿器９（後述）へ供給する燃料ガス加湿用水ポンプ、９は一酸化炭素（ＣＯ）除去器５から供給された燃料ガス３６を燃料ガス加湿用水ポンプ１０から供給された加湿用水３８により加湿して燃料電池６（後述）のアノード２４へ供給する燃料ガス加湿器、１２は酸化ガス３４を加湿するための加湿用水４０を酸化ガス加湿器１１（後述）へ供給する酸化ガス加湿用水ポンプ、１１は供給された酸化ガス３４を酸化ガス加湿用水ポンプ１２から供給された加湿用水４０により加湿して燃料電池６のカソード２８へ供給する酸化ガス加湿器、６は燃料電池でありアノード２４、高分子電解質膜２６およびカソード２８から構成されている。

次に、従来の燃料電池発電装置７０の動作を説明する。脱硫器１において硫黄分を取り除かれた原燃料３０は、水蒸気改質用水供給ポンプ８により供給された水蒸気改質用水３２と混合された後、水蒸気発生器２へ供給されて気化され、改質器３へ供給される。改質器３では式（４）で示される水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスが生成される。ここで、上述の吸熱反応をまかなうためバーナ７による燃焼を利用して燃料改質装置２２を昇温させる。

改質器３から出た改質ガスはＣＯ変成器４へ供給されて、改質ガス中に含まれる一酸化炭素および水蒸気を水素および二酸化炭素へ変成させる一酸化炭素反応により水素濃度が高められる。その後、一定量の空気（不図示）と共にＣＯ除去器５へ供給されて一酸化炭素を二酸化炭素へ変換する一酸化炭素選択酸化反応により、一酸化炭素濃度が１０ｐｐｍ以下に低減される。以上のように、一酸化炭素濃度が低濃度になり改質された水素を有する燃料ガス３６が、加湿器９による加湿後、燃料電池６のアノード２４へ供給される。燃料電池６からは燃料オフガス３７と電池反応後の空気３５とが排出される。

一方、特許文献２に記載されているように、燃料電池に供給される水素に水蒸気および冷却水を送ることにより加湿する燃料電池発電設備もある。しかし、このような燃料電池発電設備では、水蒸気を混合するための水蒸気発生器および混合器、冷却水を送るための冷却水供給器および凝縮器等が必要であった。

特開２０００−３０７２６号公報特開２００２−３１３３８１号公報

上述の従来の燃料電池発電装置７０では、反応ガス(燃料ガス３６、酸化ガス３４)への加湿量は、ガス量と燃料電池６の負荷（不図示）とに対し精密に制御される必要がある。加湿量が少なすぎる場合、高分子電解質膜２６内のイオン導電性が低下して電気抵抗が増大し、発電効率が低下する。加湿量が多すぎる場合、燃料電池６の内部およびアノード２４、カソード２８の電極表面で液体の水となって反応ガスの拡散を阻害し、電気化学反応が起こらない部位が発生する。このため、加湿器９としては燃料ガス３６に対して加湿量を制限した加湿を行なうことができる湿度交換型の熱交換器を用いることが必要となるという問題があった。

水蒸気改質されて供給される燃料ガス３６の場合、水蒸気改質用水３２によって既に加湿され、高分子電解質膜２６に水分が供給される。この水蒸気改質用水３２の量は、通常、原燃料３０の流量に比例した量が供給されている。しかし、燃料改質装置２２の温度および／または圧力の変化、燃料電池６の出力の変動等により、水蒸気改質反応、一酸化炭素変成反応および／または一酸化炭素除去反応の量が変動し、これらの反応により生成あるいは消費される水蒸気改質水量が変化して、燃料電池６に供給される燃料ガス３６中の加湿量が変動することがある。あるいはまた、燃料改質装置２２と燃料電池６との間の配管、機器等（不図示）で燃料ガス３６中の水分が液滴となり、燃料ガス３６中の加湿量が変動することもある。このため、燃料電池６に供給される水分量が変動してしまい、燃料電池６の発電効率が低下するという問題があった。

一方、上述の特許文献２に記載されている燃料電池発電設備では、水蒸気を混合するための水蒸気発生器および混合器、冷却水を送るための冷却水供給器および凝縮器等が必要であるため、設備およびコストの増大を招くという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、湿度交換型の熱交換器を用いることなく、あるいは水蒸気発生器および混合器等を用いることなく、燃料改質装置２２の温度および／または圧力の変化、燃料電池６の出力の変動等による燃料電池発電装置７０の運転状態の予期しない変化に左右されずに反応ガスへの加湿量の精密な制御を行なうことができ、燃料電池６の発電効率の安定制御が可能な燃料電池発電装置を提供することにある。

この発明の燃料電池発電装置は、水蒸気供給手段により得られる水蒸気と原燃料とが供給されて水素リッチな改質ガスを発生させる改質部と、前記改質部により供給された改質ガス中に含まれる一酸化炭素および水蒸気を水素および二酸化炭素へ変成させる一酸化炭素変成部と、前記一酸化炭素変成部により供給された改質ガスに空気を加えて一酸化炭素選択反応により一酸化炭素を二酸化炭素へ変換し燃料ガスを生成する一酸化炭素除去部とを有する燃料改質装置と、前記燃料改質装置により改質された水素を有する燃料ガスを用いて発電を行なう燃料電池とを備えた燃料電池発電装置において、前記燃料改質装置と前記燃料電池との間に前記燃料ガスの露点を計測する温湿度計を設け、該温湿度計の露点が所定の方式に基づき求められた指示値となるように前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を制御するものであり、該指示値は、前記燃料電池の出力より得られた電流が同じ値である場合は前記改質部に流れる燃料ガス流量の大小に応じて大小となり、且つ前記改質部に流れる燃料ガス流量が同じ値である場合は前記燃料電池の出力より得られた電流の大小に応じて大小となるように設定されることを特徴とする。

ここで、この発明の燃料電池発電装置において、前記所定の方式に加え、さらに前記一酸化炭素変成部の温度の上下限値及び／又は前記一酸化炭素除去部の温度の上下限値に応じて前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を制御するものであり、前記一酸化炭素変成部の温度が、上限値以上となる場合は前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を増やし、下限値以下となる場合は該水蒸気の流量を減らし、前記一酸化炭素除去部の温度が、上限値以上となる場合は前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を増やし、下限値以下となる場合は該水蒸気の流量を減らすことができる。

本発明の燃料電池発電装置によれば、従来の燃料電池発電装置に用いられていた加湿器９および燃料ガス加湿用水ポンプ１０を取り去った上で、燃料ガス３６の露点を測定する温湿度計と、原燃料３０の流量を測定する流量計と、燃料電池６の出力を測定する電力計と、制御装置とを設けることができる。制御装置は燃料電池出力より得られた電流と流量計により得られた原燃料の流量とから露点指示値（目標とする露点）を求め、この露点を指示値として水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を増減させて、水蒸気改質用水３２の流量を制御することができる。このため、湿度交換型の熱交換器を用いることなく、あるいは水蒸気発生器および混合器等を用いることなく、燃料改質装置２２の温度および／または圧力の変化、燃料電池６の出力の変動等による燃料電池発電装置の運転状態の予期しない変化に左右されずに燃料ガス３６の露点および反応ガスへの加湿量の精密な制御を行なうことができ、燃料電池６の発電効率の安定制御が可能な燃料電池発電装置を提供することができるという効果がある。

以下、各実施例について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１における燃料電池発電装置５０の構成の概要を示す。図１において、図４の従来の燃料電池発電装置７０と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。本実施例１における燃料電池発電装置５０が従来の燃料電池発電装置７０と異なる点は、図１に示されるように加湿器９および燃料ガス加湿用水ポンプ１０を取り去った上で、燃料ガス３６の露点を測定することにより湿度を得る温湿度計１５と、原燃料３０の流量を測定する原燃料ポンプまたは流量計（以下、「流量計」と言う。）２０と、燃料電池６の出力を測定する電力計１７（または電流計であってもよい。）と、制御装置１３とを設けた点にある。

図１に示されるように、温湿度計１５は燃料改質装置２２と燃料電池６のアノード２４との間に設けられ、点線で示されるように制御装置１３は温湿度計１５、流量計２０および電力計１７から各々測定データを得ることができ、これらの測定データに基づき水蒸気改質用水供給ポンプ８を制御可能なように構成されている。制御装置１３は温湿度計１５により燃料ガス３６の露点を検出し、電力計１７により燃料電池６の出力（燃料電池出力）、あるいは電流計であれば燃料電池６の電流を検出する。

図２は、燃料電池出力（あるいは電流）と原燃料３０の流量との関係を示すグラフであり、この図２から露点指示値を求められる。図２において、横軸は電力計１７により測定された燃料電池出力より得られた電流（Ａ）（あるいは電流計により測定された電流）、符号ＡおよびＢは各々原燃料３０の流量（原燃料ガス流量：Ｎｍ^３／ｈ）の一例である。縦軸は温湿度計１５に与える露点指示値である。制御装置１３は燃料電池出力より得られた電流と流量計２０により得られた原燃料３０の流量とから温湿度計１５の目標値（指示値）となる露点を求め、温湿度計１５の実測値が露点指示値（設定した温度）となるように水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を増減させて、水蒸気改質用水３２の流量を制御する。

例えば、図２に示されるように燃料電池出力より得られた電流がＩ（Ａ）であり検出された原燃料ガス流量がＡ（Ｎｍ^３／ｈ）の場合、設定した露点はＴ（℃）である。しかし、温湿度計１５により測定された露点が設定した露点Ｔ（℃）より高いＴｊ（℃）となってしまった場合、制御装置１３は水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を減らすことにより、露点Ｔｊ（℃）を設定した露点Ｔ（℃）になるように下げることができる。一方、同じく原燃料ガス流量がＡ（Ｎｍ^３／ｈ）の場合に、温湿度計１５により測定された露点が設定した露点Ｔ（℃）より低いＴｋ（℃）となってしまった場合、制御装置１３は水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を増やすことにより、露点Ｔｋ（℃）を設定した露点Ｔ（℃）になるように上げることができる。なお、図２のデータは予め実測したものであり、燃料電池出力値、原燃料ガス流量および露点指示値との関係が制御装置１３にメモリされている。

以上より、本発明の実施例１によれば、従来の燃料電池発電装置に用いられていた加湿器９および燃料ガス加湿用水ポンプ１０を取り去った上で、燃料ガス３６の露点を測定する温湿度計１５と、原燃料３０の流量を測定する流量計２０と、燃料電池６の出力を測定する電力計１７と、制御装置１３とを設ける。制御装置１３は燃料電池出力より得られた電流と流量計２０により得られた原燃料３０の流量とから図２を参照して露点指示値を求め、燃料ガス流量によって定めた一定の露点となるように水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を増減させて、水蒸気改質用水３２の流量を制御することができる。このため、湿度交換型の熱交換器を用いることなく、あるいは水蒸気発生器および混合器等を用いることなく、燃料改質装置２２の温度および／または圧力の変化、燃料電池６の出力の変動等による燃料電池発電装置の運転状態の予期しない変化に左右されずに燃料ガス３６の露点および反応ガスへの加湿量の精密な制御を行なうことができ、燃料電池６の発電効率の安定制御が可能な燃料電池発電装置を提供することができる。すなわち、本発明の実施例１における燃料電池発電装置５０は、水蒸気供給手段（水蒸気改質用水供給ポンプ８および水蒸気発生器２）により得られる水蒸気と原燃料３０とが供給されて水素リッチな改質ガスを発生させる改質部（改質器３）と、当該改質部により供給された改質ガス中に含まれる一酸化炭素および水蒸気を水素および二酸化炭素へ変成させる一酸化炭素変成部（一酸化炭素変成器４）と、当該一酸化炭素変成部により供給された改質ガスに空気を加えて一酸化炭素選択反応により一酸化炭素を二酸化炭素へ変換し燃料ガスを生成する一酸化炭素除去部（一酸化炭素除去器４）とを有する燃料改質装置２２と、燃料改質装置２２により改質された水素を有する燃料ガス３６を用いて発電を行なう燃料電池６とを備えた燃料電池発電装置５０において、燃料改質装置２２と燃料電池６との間に燃料ガス３６の露点を計測する温湿度計１５を設け、温湿度計１５の露点が所定の方式に基づき求められた指示値となるように上記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を制御することができる。ここで、所定の方式に基づき求められた指示値とは、燃料電池６の出力及び上記改質部に流れる燃料ガス流量に応じて定められた露点である。

図３は、本発明の実施例２における燃料電池発電装置６０の構成の概要を示す。図３において、図１の燃料電池発電装置５０と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。本実施例２における燃料電池発電装置６０が燃料電池発電装置５０と異なる点は、図３に示されるようにＣＯ変成器４の温度を測定するＣＯ変成器温度測定点１４ａおよび／またはＣＯ除去器５の温度を測定するＣＯ除去器温度測定点１４ｂを設け、制御装置１３で測定データを得られるようにした点にある。

制御装置１３は、水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧をＣＯ変成器温度測定点１４ａおよび／またはＣＯ除去器温度測定点１４ｂの温度の上下限値で増減させることにより、水蒸気改質反応が正常に行なわれる範囲から外れることなく、水蒸気改質用水３２の流量を制御することができる。

例えば、露点が設定した温度より高くなった場合、実施例１と同様に制御装置１３は水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を減らし、露点を設定した温度になるように下げていく。しかし、ＣＯ変成器温度測定点１４ａの温度が上がり、反応温度の上限に設定した温度（上限値）、例えば３５０℃以上になるような場合、ＣＯ変成器４で正常に反応を維持できるように水蒸気改質用水３２の流量を増やし、ＣＯ変成器温度測定点１４ａが上限値以下で且つ露点が設定した温度に近づくように水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を制御する。

一方、露点が設定した温度より低くなった場合、実施例１と同様に制御装置１３は水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を増やし、露点を設定した温度になるように上げていく。しかし、ＣＯ変成器温度測定点１４ａの温度が下がり、反応温度の下限に設定した温度（下限値）、例えば１６０℃以下になるような場合、ＣＯ変成器４で正常に反応を維持できるように水蒸気改質用水３２の流量を減らし、ＣＯ変成器温度測定点１４ａが下限値以上で且つ露点が設定した温度に近づくように水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を制御する。

露点制御のため水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を制御した際、ＣＯ除去器温度測定点１４ｂの温度が上限値で２００℃以上、あるいは下限値で１００℃以下となってしまった場合、上述のようなＣＯ変成器温度測定点１４ａの温度による水蒸気改質用水３２の流量の制御と同様の制御を行なう。すなわち、ＣＯ除去器温度測定点１４ｂが上限値以下および下限値以上で且つ露点が設定した温度に近づくように水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を制御する。制御装置１３はＣＯ変成器温度測定点１４ａおよびＣＯ除去器温度測定点１４ｂの両方を用いて水蒸気改質用水３２の流量を制御することができ、あるいはいずれか一方の温度測定点を用いて水蒸気改質用水３２の流量を制御することもできる。

以上より、本発明の実施例２によれば、ＣＯ変成器４の温度を測定するＣＯ変成器温度測定点１４ａおよび／またはＣＯ除去器５の温度を測定するＣＯ除去器温度測定点１４ｂを設け、制御装置１３で測定データを得られるようにすることができる。このため、制御装置１３は、水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧をＣＯ変成器温度測定点１４ａおよび／またはＣＯ除去器温度測定点１４ｂの温度の上下限値で増減させることにより、水蒸気改質反応が正常に行なわれる範囲から外れることなく、水蒸気改質用水３２の流量を制御することができる。すなわち、実施例１の所定の方式に加え、さらに一酸化炭素変成部の温度の上下限値および／または一酸化炭素除去部の温度の上下限値に応じて水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を制御することができる。

本発明の活用例として、特に固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）による燃料電池発電装置への適用が挙げられる。

本発明の実施例１における燃料電池発電装置５０の構成の概要を示す図である。燃料電池出力と原燃料ガス３０の流量とから露点指示値を求めるためのグラフである。本発明の実施例２における燃料電池発電装置６０の構成の概要を示す図である。従来の燃料電池発電装置７０の構成の概略を示す図である。

符号の説明

１脱硫器、２水蒸気発生器、３改質器、４一酸化炭素（ＣＯ）変成器、５一酸化炭素（Ｃ）除去器、６燃料電池、７バーナ、８水蒸気改質用水供給ポンプ、９燃料ガス加湿器、１０燃料ガス加湿用水ポンプ、１１酸化ガス加湿器、１２酸化ガス加湿用水ポンプ、１３制御装置、１４ａＣＯ変成器温度測定点、１４ｂＣＯ除去器温度測定点、１５温湿度計、１７電力計、２０流量計、２２燃料改質装置、２４アノード、２６高分子電解質膜、２８カソード、３０原燃料、３２水蒸気改質水、３４酸化ガス、３５電池反応後の空気、３６燃料ガス、３７燃料オフガス、３８，４０加湿用水、５０，６０燃料電池発電装置、７０従来の燃料電池発電装置。

Claims

水蒸気供給手段により得られる水蒸気と原燃料とが供給されて水素リッチな改質ガスを発生させる改質部と、前記改質部により供給された改質ガス中に含まれる一酸化炭素および水蒸気を水素および二酸化炭素へ変成させる一酸化炭素変成部と、前記一酸化炭素変成部により供給された改質ガスに空気を加えて一酸化炭素選択反応により一酸化炭素を二酸化炭素へ変換し燃料ガスを生成する一酸化炭素除去部とを有する燃料改質装置と、
前記燃料改質装置により改質された水素を有する燃料ガスを用いて発電を行なう燃料電池とを備えた燃料電池発電装置において、
前記燃料改質装置と前記燃料電池との間に前記燃料ガスの露点を計測する温湿度計を設け、該温湿度計の露点が所定の方式に基づき求められた指示値となるように前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を制御するものであり、該指示値は、
前記燃料電池の出力より得られた電流が同じ値である場合は前記改質部に流れる燃料ガス流量の大小に応じて大小となり、且つ前記改質部に流れる燃料ガス流量が同じ値である場合は前記燃料電池の出力より得られた電流の大小に応じて大小となるように設定されることを特徴とする燃料電池発電装置。
請求項１記載の燃料電池発電装置において、前記所定の方式に加え、さらに前記一酸化炭素変成部の温度の上下限値及び／又は前記一酸化炭素除去部の温度の上下限値に応じて前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を制御するものであり、
前記一酸化炭素変成部の温度が、上限値以上となる場合は前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を増やし、下限値以下となる場合は該水蒸気の流量を減らし、
前記一酸化炭素除去部の温度が、上限値以上となる場合は前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を増やし、下限値以下となる場合は該水蒸気の流量を減らすことを特徴とする燃料電池発電装置。