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JP2009059657A - Indirect interior-reformed solid oxide fuel cell - Google Patents

Indirect interior-reformed solid oxide fuel cell Download PDF

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JP2009059657A JP2007227757A JP2007227757A JP2009059657A JP 2009059657 A JP2009059657 A JP 2009059657A JP 2007227757 A JP2007227757 A JP 2007227757A JP 2007227757 A JP2007227757 A JP 2007227757A JP 2009059657 A JP2009059657 A JP 2009059657A
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desulfurizer
sofc
fuel cell
solid oxide
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JP2007227757A
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Japanese (ja)
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Tomotaka Ishida
友孝 石田
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Eneos Corp
Original Assignee
Nippon Oil Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an indirect interior-reformed SOFC of high thermal efficiency capable of suppressing thermal loss at heating of a desulfurizer in addition to a reformer. <P>SOLUTION: The indirect interior-reformed solid oxide fuel cell comprises a desulfurizer desulfurizing hydrocarbon based fuel, a reformer manufacturing reformed gas from the hydrocarbon based fuel desulfurized by the desulfurizer, a solid oxide fuel cell generating power using the reformed gas obtained by the reformer, and a case housing the solid oxide fuel cell. A part of the end face of the solid oxide fuel cell is to be a flame-forming part capable of forming flame by combusting anode offgas of the solid oxide fuel cell, the reformer is arranged at a position opposed to or at an upper part of the flame-forming part in the case, and the desulfurizer is arranged at a position opposed to the solid oxide fuel cell and not opposed to the flame-forming part, and that, at a position not at an upper part of the flame-forming part. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は改質器を燃料電池近傍に有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池に関する。   The present invention relates to an indirect internal reforming solid oxide fuel cell having a reformer in the vicinity of the fuel cell.

固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cells。以下場合によりSOFCという。)には、通常、改質器において灯油や都市ガスなどの炭化水素系燃料(改質原料)を改質して発生させた水素含有ガス(改質ガス)が供給される。SOFCにおいて、この改質ガスと空気を電気化学的に反応させて発電を行う。SOFCは通常550℃〜1000℃程度の高温で作動させる。   Solid oxide fuel cells (hereinafter referred to as SOFC in some cases) are usually generated by reforming hydrocarbon fuels (reforming raw materials) such as kerosene and city gas in a reformer. Hydrogen-containing gas (reformed gas) is supplied. In the SOFC, the reformed gas and air are reacted electrochemically to generate electricity. The SOFC is usually operated at a high temperature of about 550 ° C to 1000 ° C.

改質には、水蒸気改質、部分酸化改質など種々の反応が利用される。いずれもある一定以上の温度を必要とする。そのため、SOFCの近傍(SOFCからの熱輻射を受ける位置)に改質器を設置し、SOFCからの輻射熱によって改質器を加熱する間接内部改質型SOFCが開発されている。特に、間接内部改質型SOFCにおいて、可燃分を含有するアノードオフガス(SOFCのアノードから排出されるガス)を間接内部改質型SOFCの容器(モジュール容器)内で燃焼させ、この燃焼熱を熱源として改質器を加熱することが行われている(特許文献1参照)。   Various reactions such as steam reforming and partial oxidation reforming are used for the reforming. Both require a certain temperature. Therefore, an indirect internal reforming SOFC has been developed in which a reformer is installed in the vicinity of the SOFC (a position that receives heat radiation from the SOFC) and the reformer is heated by radiant heat from the SOFC. In particular, in an indirect internal reforming SOFC, combustible anode off-gas (gas discharged from the SOFC anode) is combusted in an indirect internal reforming SOFC container (module container), and this combustion heat is used as a heat source. As described above, the reformer is heated (see Patent Document 1).

また、炭化水素系燃料(改質原料)に含まれる硫黄は改質器に充填している改質触媒やSOFCを被毒するため、炭化水素系燃料(改質原料)中の硫黄を除去するための脱硫器が用いられる場合も多い。脱硫器に用いられる脱硫剤には適切な作動温度範囲があり、脱硫剤をこの作動温度範囲まで加熱することが行われている。特許文献2には、燃料改質装置のバーナーの燃焼排ガスを脱硫器に導き、これにより脱硫器内の触媒を加熱することが開示されている。
特開2004−319420号公報 特開平5−3043号公報
In addition, sulfur contained in hydrocarbon fuel (reforming raw material) poisons the reforming catalyst and SOFC charged in the reformer, so sulfur in hydrocarbon fuel (reforming raw material) is removed. In many cases, a desulfurizer is used. The desulfurizing agent used in the desulfurizer has an appropriate operating temperature range, and the desulfurizing agent is heated to this operating temperature range. Patent Document 2 discloses that combustion exhaust gas from a burner of a fuel reformer is guided to a desulfurizer, thereby heating a catalyst in the desulfurizer.
JP 2004-319420 A Japanese Patent Laid-Open No. 5-3043

特許文献2のように、脱硫器を独立して設け、燃焼排ガスラインから燃料排ガスを脱硫器に導くことによって脱硫器を加熱する場合、配管からの放熱によって装置全体の熱効率が低下してしまう。   When the desulfurizer is independently provided and the desulfurizer is heated by introducing the fuel exhaust gas from the combustion exhaust gas line to the desulfurizer as in Patent Document 2, the thermal efficiency of the entire apparatus is reduced due to heat radiation from the piping.

本発明の目的は、改質器に加えて脱硫器の加熱に際しても熱ロスを抑えることができ、熱効率の高い間接内部改質型SOFCを提供することである。   An object of the present invention is to provide an indirect internal reforming SOFC that can suppress heat loss when heating a desulfurizer in addition to a reformer and has high thermal efficiency.

本発明により、炭化水素系燃料を脱硫する脱硫器と、
該脱硫器によって脱硫された炭化水素系燃料から改質ガスを製造する改質器と、
該改質器で得られる改質ガスを用いて発電する固体酸化物形燃料電池と、
該固体酸化物形燃料電池を収容する筐体とを有し、
該固体酸化物形燃料電池の端面の一部が、該固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスを燃焼させて火炎を形成可能な火炎形成部とされ、
該改質器が、該筐体内の、該火炎形成部に対向する位置もしくは該火炎形成部の上方に配され、
該脱硫器が、該筐体内の、該固体酸化物形燃料電池に対向する位置であって該火炎形成部には対向しない位置に、かつ該火炎形成部の上方ではない位置に配された
間接内部改質型固体酸化物形燃料電池が提供される。
According to the present invention, a desulfurizer for desulfurizing hydrocarbon fuel,
A reformer that produces reformed gas from the hydrocarbon-based fuel desulfurized by the desulfurizer;
A solid oxide fuel cell that generates power using the reformed gas obtained by the reformer;
A housing for housing the solid oxide fuel cell,
A part of the end face of the solid oxide fuel cell is a flame forming part capable of forming a flame by burning the anode off gas of the solid oxide fuel cell,
The reformer is disposed in the casing at a position facing the flame forming portion or above the flame forming portion;
The desulfurizer is indirectly disposed at a position in the casing facing the solid oxide fuel cell, not facing the flame forming portion, and not above the flame forming portion. An internal reforming solid oxide fuel cell is provided.

本発明により、改質器に加えて脱硫器の加熱に際しても熱ロスを抑えることができ、熱効率の高い間接内部改質型SOFCが提供される。   According to the present invention, an indirect internal reforming SOFC having high thermal efficiency can be provided that can suppress heat loss when heating a desulfurizer in addition to a reformer.

以下、図面を用いて本発明の一形態について説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。   Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

図1に、本発明の間接内部改質型SOFCの一形態を模式的に示す。(a)は上面断面図、(b)は正面断面図、(c)は側面断面図である。   FIG. 1 schematically shows an embodiment of the indirect internal reforming SOFC of the present invention. (A) is a top sectional view, (b) is a front sectional view, and (c) is a side sectional view.

この間接内部改質型SOFCは、脱硫器1と、改質器2と、固体酸化物形燃料電池3と、脱硫器、改質器および固体酸化物形燃料電池(SOFC)を収容する筐体(以下場合により、モジュール容器と称す)4とを有する。また、SOFCが、アノードオフガス(SOFCのアノードから排出されるガス)を燃焼させて火炎5を形成可能な火炎形成部10を有する。SOFCの上部が火炎形成部とされる。   The indirect internal reforming SOFC includes a desulfurizer 1, a reformer 2, a solid oxide fuel cell 3, and a casing that houses the desulfurizer, the reformer, and the solid oxide fuel cell (SOFC). (Hereinafter referred to as a module container in some cases). Further, the SOFC has a flame forming section 10 that can form a flame 5 by burning anode off gas (gas discharged from the anode of the SOFC). The upper part of the SOFC is the flame forming part.

脱硫器では炭化水素系燃料を脱硫する。   In the desulfurizer, hydrocarbon fuel is desulfurized.

燃料気化器6は、炭化水素系燃料が灯油などの液体燃料である場合、気化する必要に応じ、脱硫器の上流または下流に、設けることができる。燃料気化器はモジュール容器の外部にあっても内部にあってもよいが、熱効率の観点からはモジュール容器内にあることが好ましい。   When the hydrocarbon fuel is a liquid fuel such as kerosene, the fuel vaporizer 6 can be provided upstream or downstream of the desulfurizer as needed for vaporization. The fuel vaporizer may be outside or inside the module container, but is preferably inside the module container from the viewpoint of thermal efficiency.

改質器は、脱硫器によって脱硫された炭化水素系燃料から改質ガスを製造する。改質反応を行うために水蒸気が必要な場合は水もしくは水蒸気を、適宜改質器に供給することができる。   The reformer produces reformed gas from the hydrocarbon fuel desulfurized by the desulfurizer. When steam is necessary to perform the reforming reaction, water or steam can be appropriately supplied to the reformer.

水蒸気を得るために、水(液体)を気化する水気化器を用いることができる。水気化器はモジュール容器の外部にあっても内部にあってもよいが、熱効率の観点からはモジュール容器内にあることが好ましい。   In order to obtain water vapor, a water vaporizer that vaporizes water (liquid) can be used. The water vaporizer may be outside or inside the module container, but is preferably inside the module container from the viewpoint of thermal efficiency.

SOFCは、改質器で得られる改質ガスを用いて発電する。電気化学反応のための酸素を供給するために、空気などの酸素含有ガスを間接内部改質型SOFCに供給することができる。   The SOFC generates power using the reformed gas obtained in the reformer. In order to supply oxygen for the electrochemical reaction, an oxygen-containing gas such as air can be supplied to the indirect internal reforming SOFC.

図1に示す形態では、灯油等、液体の炭化水素系燃料が用いられる。またSOFCの形状としては立方体状のものが用いられている。   In the form shown in FIG. 1, liquid hydrocarbon fuel such as kerosene is used. Further, the SOFC has a cubic shape.

SOFCの上部端面(ここではSOFCの上面)が火炎形成部10とされる。火炎形成部の上方に改質器2が配置される。SOFCの側方に脱硫器1が設けられる。脱硫器と改質器との間に燃料気化器6が設けられる。燃料気化器は脱硫器の下流に接続され、燃料気化器の下流に改質器が接続され、さらに改質器の下流にSOFCが接続される。   The upper end surface of the SOFC (here, the upper surface of the SOFC) is the flame forming unit 10. The reformer 2 is disposed above the flame forming unit. A desulfurizer 1 is provided on the side of the SOFC. A fuel vaporizer 6 is provided between the desulfurizer and the reformer. The fuel vaporizer is connected downstream of the desulfurizer, the reformer is connected downstream of the fuel vaporizer, and the SOFC is further connected downstream of the reformer.

炭化水素系燃料(液体)が脱硫器1に供給される。脱硫された炭化水素系燃料は燃料気化器6に供給され、ここで炭化水素系燃料が気化される。   Hydrocarbon fuel (liquid) is supplied to the desulfurizer 1. The desulfurized hydrocarbon fuel is supplied to the fuel vaporizer 6 where the hydrocarbon fuel is vaporized.

気化した炭化水素系燃料が改質器に供給されて改質される。改質器から得られる改質ガスがSOFC3(特にはそのアノード)に供給される。アノード出口がSOFC上面において開口しており、アノードオフガスが、この開口において燃焼し、火炎5が形成される。つまり、アノードオフガスはSOFCの上面から排出されて燃焼し、その燃焼熱が改質器にて効果的に利用される。SOFCが発する輻射熱が脱硫器および燃料気化器に伝えられる。なおカソードには空気が供給される。アノードオフガス(特にはその中に含まれる可燃分)をカソードオフガス(カソードから排出されるガス)によって燃焼させることができる。燃焼排ガスはモジュール容器に設けられた不図示の排出口から排出される。   The vaporized hydrocarbon fuel is supplied to the reformer and reformed. The reformed gas obtained from the reformer is supplied to SOFC 3 (particularly its anode). The anode outlet is opened at the upper surface of the SOFC, and the anode off-gas burns in this opening, and a flame 5 is formed. That is, the anode off gas is discharged from the upper surface of the SOFC and burned, and the combustion heat is effectively used in the reformer. Radiant heat generated by the SOFC is transmitted to the desulfurizer and the fuel vaporizer. Air is supplied to the cathode. Anode off-gas (especially combustible components contained therein) can be burned by cathode off-gas (gas discharged from the cathode). The combustion exhaust gas is discharged from a discharge port (not shown) provided in the module container.

SOFC3の火炎形成部10に対向する位置に、かつ火炎形成部10の上方に改質器2が配される。改質器を火炎形成部と対向する位置に配置することができる。これにより、火炎5で発生する燃焼熱を効率よく改質器に伝えることができる。火炎からの輻射熱を改質器に直に伝えるために、燃焼領域と改質器との間には遮蔽物を配置しないことが好ましい。火炎形成部(ここではSOFCの上面)と改質器の間に遮蔽物を配置しないことが好ましい。つまり、SOFCの火炎形成部と改質器とが、遮蔽物を挟むことなく対向することが好ましい。ただし、必要な配管等は適宜配置される。   The reformer 2 is disposed at a position facing the flame forming unit 10 of the SOFC 3 and above the flame forming unit 10. A reformer can be arrange | positioned in the position facing a flame formation part. Thereby, the combustion heat generated in the flame 5 can be efficiently transmitted to the reformer. In order to directly transmit the radiant heat from the flame to the reformer, it is preferable not to place a shield between the combustion region and the reformer. It is preferable not to place a shield between the flame forming section (here, the upper surface of the SOFC) and the reformer. In other words, it is preferable that the SOFC flame forming section and the reformer face each other without sandwiching a shield. However, necessary piping and the like are appropriately arranged.

脱硫器1は、モジュール容器4内の、SOFC3の側方に配される。つまり、脱硫器は、SOFCに対向する位置ではあるが火炎形成部には対向しない位置に、かつ火炎形成部の上方ではない位置(例えば側方もしくは下方)に配される。これにより、SOFCからの輻射熱を脱硫器に伝えることができる。SOFCからの輻射熱が脱硫器に直に伝わるよう、脱硫器とSOFCとの間には遮蔽物を配置しないことが好ましい。   The desulfurizer 1 is disposed on the side of the SOFC 3 in the module container 4. That is, the desulfurizer is disposed at a position facing the SOFC but not facing the flame forming section, and at a position (for example, side or below) not above the flame forming section. Thereby, the radiant heat from SOFC can be transmitted to a desulfurizer. It is preferable not to place a shield between the desulfurizer and the SOFC so that the radiant heat from the SOFC is directly transmitted to the desulfurizer.

このように、SOFC上部に存在する火炎形成部の上方に改質器を設け、脱硫器をSOFCの側方に設けることにより、改質器および脱硫器に必要とされる熱をSOFCから効率的に供給することが可能となる。   In this way, by providing a reformer above the flame formation part existing in the upper part of the SOFC and providing the desulfurizer on the side of the SOFC, the heat required for the reformer and the desulfurizer can be efficiently obtained from the SOFC. It becomes possible to supply to.

ここでは改質器を火炎形成部に対向する位置、かつ、火炎形成部の上方に配置している。この形態は、改質器加熱の観点から特に好ましい。しかし、この限りではない。例えば、SOFC3の上面は火炎形成部とされず一つの側面が火炎形成部とされる場合など、改質器を、火炎形成部に対向する位置であって火炎形成部の上方ではではない位置(側方)に配置することができる。この場合、改質器を火炎からの輻射熱によって加熱することができる。あるいは、改質器を、火炎形成部には対向しないが火炎形成部の上方に配置することができる。この場合、改質器を対流伝熱によって加熱することができる。   Here, the reformer is disposed at a position facing the flame forming portion and above the flame forming portion. This form is particularly preferred from the viewpoint of reformer heating. However, this is not the case. For example, when the upper surface of the SOFC 3 is not a flame forming portion but one side surface is a flame forming portion, the reformer is positioned at a position facing the flame forming portion and not above the flame forming portion ( Side). In this case, the reformer can be heated by radiant heat from the flame. Alternatively, the reformer can be placed above the flame forming section, although it does not face the flame forming section. In this case, the reformer can be heated by convective heat transfer.

SOFC、アノードオフガスの燃焼領域、改質器、脱硫器を上記のように配置することで、SOFCの排熱を、改質器のみならず脱硫器にても極めて有効に利用することができ、間接内部改質型SOFCの熱効率を向上させることが可能となる。   By arranging the SOFC, anode off-gas combustion region, reformer, and desulfurizer as described above, the exhaust heat of SOFC can be used extremely effectively not only in the reformer but also in the desulfurizer. It becomes possible to improve the thermal efficiency of the indirect internal reforming SOFC.

各供給物は必要に応じて適宜予熱されたうえで間接内部改質型SOFCに供給される。   Each feed is appropriately preheated as necessary and then supplied to the indirect internal reforming SOFC.

モジュール容器としては、少なくともSOFCを収容可能な適宜の筐体を用いることができる。その材料としては、例えばステンレス鋼など、使用する環境に耐性を有する適宜の材料を用いることができる。モジュール容器には、ガスの取り合い等のために、適宜接続口が設けられる。モジュール容器の内部と外界(大気)とが連通しないように、モジュール容器が気密性を持つことが好ましい。モジュール容器の外形は、立方体状の他、直方体状や円筒状など適宜の形状を採用することができる。   As the module container, an appropriate housing capable of accommodating at least SOFC can be used. As the material, for example, an appropriate material having resistance to the environment to be used, such as stainless steel, can be used. The module container is appropriately provided with a connection port for gas exchange and the like. The module container is preferably airtight so that the interior of the module container does not communicate with the outside (atmosphere). Appropriate shapes such as a rectangular parallelepiped shape and a cylindrical shape can be adopted as the outer shape of the module container.

本発明では、改質器がモジュール容器(筐体)内に配される。これは、図1に示したように、モジュール容器とは別個に設けられた改質器がモジュール容器より内側に存在する場合に加え、改質器自体によってモジュール容器の少なくとも一部が形成されている場合も含む。すなわち改質器がモジュール容器と一体化されていてもよい。脱硫器についても同様である。   In the present invention, the reformer is disposed in the module container (housing). As shown in FIG. 1, in addition to the case where the reformer provided separately from the module container exists inside the module container, at least a part of the module container is formed by the reformer itself. This includes cases where That is, the reformer may be integrated with the module container. The same applies to the desulfurizer.

改質器が、モジュール容器の少なくとも一部を形成している構造を得るために、例えば、モジュール容器の少なくとも一部を二重壁構造とし、内側の壁と外側の壁との間の空間に改質触媒を収容することができる。あるいは、モジュール容器の壁に反応容器を溶接などにより固定し、この反応容器の内部に改質触媒を収容することができる。これはコンパクト化の観点から好ましい。   In order to obtain a structure in which the reformer forms at least a part of the module container, for example, at least a part of the module container has a double-wall structure, and a space between the inner wall and the outer wall is formed. A reforming catalyst can be accommodated. Alternatively, the reaction vessel can be fixed to the wall of the module vessel by welding or the like, and the reforming catalyst can be accommodated inside the reaction vessel. This is preferable from the viewpoint of compactness.

脱硫器が、モジュール容器の少なくとも一部を形成している構造を得るために、例えば、モジュール容器の少なくとも一部を二重壁構造とし、内側の壁と外側の壁との間の空間に脱硫剤を収容することができる。あるいは、モジュール容器の壁に反応容器を溶接などにより固定し、この反応容器の内部に脱硫剤を収容することができる。これはコンパクト化の観点から好ましい。   In order to obtain a structure in which the desulfurizer forms at least a part of the module container, for example, at least a part of the module container has a double wall structure and is desulfurized in a space between the inner wall and the outer wall. Agents can be accommodated. Alternatively, the reaction vessel can be fixed to the wall of the module vessel by welding or the like, and the desulfurization agent can be accommodated inside the reaction vessel. This is preferable from the viewpoint of compactness.

図1では、改質ガスがSOFCに側方から供給されるかのごとくに示されるが、これらはガスの供給位置を正確に示すものではない。要するに、改質ガスがSOFCのアノードに供給され、空気がカソードに供給されればよい。   In FIG. 1, it is shown as if the reformed gas is supplied to the SOFC from the side, but these do not accurately indicate the gas supply position. In short, the reformed gas may be supplied to the anode of the SOFC and air may be supplied to the cathode.

図1に示した形態では、改質器および脱硫器を一つずつ用いたが、これに限られるわけではない。例えば、二つの脱硫器(並列に接続される)をSOFCの両側に配することもできる。   In the embodiment shown in FIG. 1, one reformer and one desulfurizer are used, but the present invention is not limited to this. For example, two desulfurizers (connected in parallel) can be arranged on both sides of the SOFC.

〔炭化水素系燃料〕
炭化水素系燃料としては、改質ガスの原料としてSOFCの分野で公知の、分子中に炭素と水素を含む(酸素など他の元素を含んでもよい)化合物もしくはその混合物から適宜選んで用いることができ、炭化水素類、アルコール類など分子中に炭素と水素を有する化合物を用いることができる。例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、都市ガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油等の炭化水素燃料、また、メタノール、エタノール等のアルコール、ジメチルエーテル等のエーテル等である。
[Hydrocarbon fuel]
As the hydrocarbon-based fuel, as a reformed gas raw material, a compound known from the field of SOFC, containing carbon and hydrogen (may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof, or a mixture thereof may be used as appropriate. And compounds having carbon and hydrogen in the molecule such as hydrocarbons and alcohols can be used. For example, hydrocarbon fuels such as methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, gasoline, naphtha, kerosene, light oil, etc., alcohols such as methanol and ethanol, ethers such as dimethyl ether, etc. is there.

なかでも灯油やLPGは、入手容易であり好ましい。また独立して貯蔵可能であるため、都市ガスのラインが普及していない地域において有用である。さらに、灯油やLPGを利用したSOFC発電装置は、非常用電源として有用である。特には、取り扱いも容易である点で、灯油が好ましい。   Of these, kerosene and LPG are preferred because they are readily available. Moreover, since it can be stored independently, it is useful in areas where city gas lines are not widespread. Furthermore, SOFC power generators using kerosene or LPG are useful as emergency power supplies. In particular, kerosene is preferable because it is easy to handle.

〔脱硫器〕
脱硫器は、脱硫剤と、脱硫剤を収容する容器とを有することができる。
[Desulfurizer]
The desulfurizer can include a desulfurizing agent and a container that stores the desulfurizing agent.

脱硫剤としては、加熱が必要な公知の脱硫剤を適宜用いることができる。   As the desulfurizing agent, a known desulfurizing agent that requires heating can be appropriately used.

例えば、いわゆる加温吸着脱硫剤を用いることができる。加温吸着脱硫剤としては遷移金属系脱硫剤を用いることができる。   For example, a so-called warm adsorption desulfurization agent can be used. As the warm adsorption desulfurization agent, a transition metal desulfurization agent can be used.

脱硫器の構造は、脱硫器として公知の構造を適宜採用でき、例えば、密閉可能な容器内に加温脱硫剤を収容する領域を有し、脱硫しようとする流体の導入口と排出口を有する構造とすることができる。   As the structure of the desulfurizer, a structure known as a desulfurizer can be adopted as appropriate. For example, the desulfurizer has a region for accommodating a heated desulfurizing agent in a sealable container, and has an inlet and an outlet for a fluid to be desulfurized It can be a structure.

脱硫器の材質は、脱硫器として公知の材質から、使用環境における耐性を考慮して適宜選んで採用できる。   The material of the desulfurizer can be appropriately selected from materials known as desulfurizers in consideration of the resistance in the usage environment.

脱硫器の形状は、直方体状や円管状など適宜の形状とすることができる。   The shape of the desulfurizer can be an appropriate shape such as a rectangular parallelepiped shape or a circular tube shape.

〔改質器〕
改質器は、炭化水素系燃料から水素を含む改質ガスを製造する。
[Reformer]
The reformer produces a reformed gas containing hydrogen from a hydrocarbon fuel.

改質器は、一般に公知な水蒸気改質能、部分酸化改質能などを有する公知な非貴金属もしくは貴金属改質触媒を備えることができる。   The reformer can be provided with a known non-noble metal or noble metal reforming catalyst having generally known steam reforming ability, partial oxidation reforming ability, and the like.

改質器の構造は、改質器として公知の構造を適宜採用できる。例えば、密閉可能な容器内に改質触媒を収容する領域を有し、改質に必要な流体の導入口と改質ガスの排出口を有する構造とすることができる。   As the structure of the reformer, a structure known as a reformer can be appropriately adopted. For example, it is possible to have a structure having a region for accommodating the reforming catalyst in a sealable container and having an inlet for fluid necessary for reforming and an outlet for reforming gas.

改質器の材質は、改質器として公知の材質から、使用環境における耐性を考慮して適宜選んで採用できる。   The material of the reformer can be appropriately selected and adopted from materials known as reformers in consideration of resistance in the use environment.

改質器の形状は、直方体状や円管状など適宜の形状とすることができる。   The shape of the reformer can be an appropriate shape such as a rectangular parallelepiped or a circular tube.

炭化水素系燃料(必要に応じて予め気化される)および水蒸気、さらに必要に応じて空気等の酸素含有ガスをそれぞれ単独で、もしくは適宜混合した上で改質器(改質触媒層)に供給することができる。また、改質ガスはSOFCのアノードに供給される。   Supply hydrocarbon-based fuel (pre-vaporized if necessary), water vapor, and oxygen-containing gas such as air, if necessary, individually or appropriately mixed to the reformer (reforming catalyst layer) can do. The reformed gas is supplied to the anode of the SOFC.

〔SOFC〕
改質器から得られる改質ガスが、SOFCのアノードに供給される。一方、SOFCのカソードには空気などの酸素含有ガスが供給される。発電に伴いSOFCが発熱し、その熱がSOFCから改質器、脱硫器へと輻射伝熱する。こうしてSOFC排熱が改質反応及び吸着脱硫反応の吸熱に利用される。ガスの取り合い等は適宜配管等を用いて行う。
[SOFC]
The reformed gas obtained from the reformer is supplied to the anode of the SOFC. On the other hand, an oxygen-containing gas such as air is supplied to the cathode of the SOFC. The SOFC generates heat with power generation, and the heat is radiated from the SOFC to the reformer and desulfurizer. Thus, the SOFC exhaust heat is utilized for the endothermic reaction of the reforming reaction and the adsorptive desulfurization reaction. Gas exchange and the like are appropriately performed using piping or the like.

SOFCとしては、アノード出口にてアノードオフガスを燃焼可能な公知のSOFCを適宜選んで採用できる。SOFCでは、一般的に、酸素イオン導電性セラミックスもしくはプロトンイオン導電性セラミックスが電解質として利用される。   As the SOFC, a known SOFC capable of burning the anode off gas at the anode outlet can be appropriately selected and employed. In the SOFC, oxygen ion conductive ceramics or proton ion conductive ceramics are generally used as an electrolyte.

SOFCは単セルであってもよいが実用上は複数の単セルを配列させたバンドルもしくはスタックが好ましく用いられる。この場合、バンドルもしくはスタックは1つでも複数でもよい。   The SOFC may be a single cell, but in practice, a bundle or stack in which a plurality of single cells are arranged is preferably used. In this case, one or a plurality of bundles or stacks may be used.

SOFCの形状も、立方体状スタックに限らず、適宜の形状を採用できる。   The shape of the SOFC is not limited to the cubic stack, and an appropriate shape can be adopted.

〔他の機器〕
間接内部改質型SOFCの公知の構成要素は、必要に応じて適宜設けることができる。具体例を挙げれば、液体を気化させる気化器、各種流体を加圧するためのポンプ、圧縮機、ブロワなどの昇圧手段、流体の流量を調節するため、あるいは流体の流れを遮断/切り替えるためのバルブ等の流量調節手段や流路遮断/切り替え手段、熱交換・熱回収を行うための熱交換器、気体を凝縮する凝縮器、スチームなどで各種機器を外熱する加熱/保温手段、炭化水素系燃料や可燃物の貯蔵手段、計装用の空気や電気系統、制御用の信号系統、制御装置、出力用や動力用の電気系統などである。
[Other equipment]
Known components of the indirect internal reforming SOFC can be appropriately provided as necessary. Specific examples include a vaporizer for vaporizing liquid, a pump for pressurizing various fluids, a pressure increasing means such as a compressor and a blower, a valve for adjusting the flow rate of the fluid, or for blocking / switching the flow of the fluid. Such as flow control means, flow path blocking / switching means, heat exchanger for heat exchange / recovery, condenser for condensing gas, heating / heat-retaining means for externally heating various devices with steam, etc., hydrocarbon system These include fuel and combustible storage means, instrumentation air and electrical systems, control signal systems, control devices, and output and power electrical systems.

本発明の間接内部改質型SOFCは、例えば定置用もしくは移動体用の発電システムに、またコージェネレーションシステムに利用できる。本発明の改質器は、このような間接内部改質型SOFCに好適に利用できる。   The indirect internal reforming SOFC of the present invention can be used for, for example, a stationary or moving power generation system and a cogeneration system. The reformer of the present invention can be suitably used for such an indirect internal reforming SOFC.

本発明の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池の一形態を示す模式図であり、(a)は上面断面図、(b)は正面断面図、(c)は側面断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows one form of the indirect internal reforming type solid oxide fuel cell of this invention, (a) is upper surface sectional drawing, (b) is front sectional drawing, (c) is side sectional drawing.

符号の説明Explanation of symbols

1 脱硫器
2 改質器
3 SOFC
4 筐体(モジュール容器)
5 火炎
6 燃料気化器
10 火炎形成部
1 Desulfurizer 2 Reformer 3 SOFC
4 Case (module container)
5 Flame 6 Fuel vaporizer 10 Flame formation part

Claims (1)

炭化水素系燃料を脱硫する脱硫器と、
該脱硫器によって脱硫された炭化水素系燃料から改質ガスを製造する改質器と、
該改質器で得られる改質ガスを用いて発電する固体酸化物形燃料電池と、
該固体酸化物形燃料電池を収容する筐体とを有し、
該固体酸化物形燃料電池の端面の一部が、該固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスを燃焼させて火炎を形成可能な火炎形成部とされ、
該改質器が、該筐体内の、該火炎形成部に対向する位置もしくは該火炎形成部の上方に配され、
該脱硫器が、該筐体内の、該固体酸化物形燃料電池に対向する位置であって該火炎形成部には対向しない位置に、かつ該火炎形成部の上方ではない位置に配された
間接内部改質型固体酸化物形燃料電池。
A desulfurizer for desulfurizing hydrocarbon fuel,
A reformer that produces reformed gas from the hydrocarbon-based fuel desulfurized by the desulfurizer;
A solid oxide fuel cell that generates power using the reformed gas obtained by the reformer;
A housing for housing the solid oxide fuel cell,
A part of the end face of the solid oxide fuel cell is a flame forming part capable of forming a flame by burning the anode off gas of the solid oxide fuel cell,
The reformer is disposed in the casing at a position facing the flame forming portion or above the flame forming portion;
The desulfurizer is indirectly disposed at a position in the casing facing the solid oxide fuel cell, not facing the flame forming portion, and not above the flame forming portion. Internal reforming type solid oxide fuel cell.
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