(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電部から排出された排燃料ガスの燃焼熱にて原燃料を改質処理する改質部に向けて、前記燃料電池発電部からの排燃料ガスを送る排燃料ガス供給経路に、前記排燃料ガスに含まれる水蒸気を凝縮させるように前記排燃料ガスを冷却する冷却凝縮部、及び、その冷却凝縮部で凝縮された凝縮水を回収する凝縮水回収部が設けられた燃料電池発電装置であって、
前記冷却凝縮部が、燃料電池発電装置を運転するための運転用流体を前記排燃料ガスにて予熱することにより、前記排燃料ガスを冷却するように構成され、
前記排燃料ガス供給経路における前記凝縮水回収部よりも下流側の箇所に、前記排燃料ガスを加熱する加熱部が設けられ、
前記燃料電池発電部が、高分子膜を電解質とするように構成され、
前記改質部から排出された改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理する変成処理部と、その変成処理部から排出された変成処理ガス中の一酸化炭素ガスを酸化する選択酸化処理部とが設けられ、
前記加熱部が、前記選択酸化処理部から排出された選択酸化処理ガスにて、前記排燃料ガスを加熱するように構成され、
前記加熱部にて前記排燃料ガスを加熱することにより冷却された前記選択酸化処理ガスが、燃料ガスとして前記燃料電池発電部に供給されるように構成されている燃料電池発電装置。
【請求項２】
燃料電池発電部から排出された排燃料ガスの燃焼熱にて原燃料を改質処理する改質部に向けて、前記燃料電池発電部からの排燃料ガスを送る排燃料ガス供給経路に、前記排燃料ガスに含まれる水蒸気を凝縮させるように前記排燃料ガスを冷却する冷却凝縮部、及び、その冷却凝縮部で凝縮された凝縮水を回収する凝縮水回収部が設けられた燃料電池発電装置であって、
前記冷却凝縮部が、燃料電池発電装置を運転するための運転用流体を前記排燃料ガスにて予熱することにより、前記排燃料ガスを冷却するように構成され、
前記排燃料ガス供給経路における前記凝縮水回収部よりも下流側の箇所に、前記排燃料ガスを加熱する加熱部が設けられ、
前記改質部における原燃料改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部が、前記改質部から排出された前記排燃料ガスの燃焼ガスにて原料水を加熱して水蒸気を生成するように構成され、
前記改質部から排出された改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理する変成処理部と、その変成処理部から排出された変成処理ガス中の一酸化炭素ガスを酸化する選択酸化処理部とが設けられて、その選択酸化処理部から排出された選択酸化処理ガスが燃料ガスとして前記燃料電池発電部に供給されるように構成され、
前記水蒸気生成部にて前記原料水を加熱した後の前記燃焼ガスにより、前記変成処理部を冷却するように構成され、
前記加熱部が、前記変成処理部を冷却した後の前記燃焼ガスにて、前記排燃料ガスを加熱するように構成されている燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記運転用流体が、前記燃料電池発電部へ供給される酸素含有ガスである請求項１又は２記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記運転用流体が、前記改質部における原燃料改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部に供給される原料水である請求項１又は２記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電部から排出された排燃料ガスの燃焼熱にて原燃料を改質処理する改質処理部に向けて、前記燃料電池発電部からの排燃料ガスを送る排燃料ガス供給経路に、前記排燃料ガスに含まれる水蒸気を凝縮させるように前記排燃料ガスを冷却する冷却凝縮部、及び、その冷却凝縮部で凝縮された凝縮水を回収する凝縮水回収部が設けられた燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる燃料電池発電装置は、燃料電池発電部から排出された排燃料ガスを排燃料ガス供給経路にて改質部に送り、改質部において、排燃料ガスを燃焼させた燃焼熱により、炭化水素系の原燃料を水蒸気により改質処理して、水素ガスを含むガスを生成するものである。
燃料電池発電部から排出された排燃料ガスには水蒸気が含まれていて、排燃料ガスが排燃料ガス供給経路にて改質部に送られる間に凝縮して、その凝縮水が改質部に送られると、改質部における排燃料ガスの燃焼が不安定となって、原燃料の改質処理に悪影響を与えるので、排燃料ガス供給経路には、排燃料ガスに含まれる水蒸気を冷却凝縮させる冷却凝縮部、及び、その冷却凝縮部で凝縮された凝縮水を回収する凝縮水回収部が設けられている。
ちなみに、排燃料ガスには、原燃料に混合された改質処理用の水蒸気の残留分が含まれているが、その他に、例えば、燃料電池発電部が高分子膜を電解質とする固体高分子型の場合は、高分子膜にイオン導電性を持たせるために高分子膜加湿用として供給された水蒸気の残留分が含まれている。
【０００３】
従来は、冷却凝縮部における排燃料ガスの冷却用として、冷却凝縮部に専用の冷却水を供給していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来では、冷却凝縮部専用の冷却水を供給しているため、電力を得たり、電力に加えて、発電過程で発生する排熱を回収して熱を得たりするためのエネルギーコストを低減する面で改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エネルギーコストを低減し得る燃料電池発電装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成は、燃料電池発電部から排出された排燃料ガスの燃焼熱にて原燃料を改質処理する改質部に向けて、前記燃料電池発電部からの排燃料ガスを送る排燃料ガス供給経路に、前記排燃料ガスに含まれる水蒸気を凝縮させるように前記排燃料ガスを冷却する冷却凝縮部、及び、その冷却凝縮部で凝縮された凝縮水を回収する凝縮水回収部が設けられた燃料電池発電装置であって、
前記冷却凝縮部が、燃料電池発電装置を運転するための運転用流体を前記排燃料ガスにて予熱することにより、前記排燃料ガスを冷却するように構成され、
前記排燃料ガス供給経路における前記凝縮水回収部よりも下流側の箇所に、前記排燃料ガスを加熱する加熱部が設けられ、
前記燃料電池発電部が、高分子膜を電解質とするように構成され、
前記改質部から排出された改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理する変成処理部と、その変成処理部から排出された変成処理ガス中の一酸化炭素ガスを酸化する選択酸化処理部とが設けられ、
前記加熱部が、前記選択酸化処理部から排出された選択酸化処理ガスにて、前記排燃料ガスを加熱するように構成され、
前記加熱部にて前記排燃料ガスを加熱することにより冷却された前記選択酸化処理ガスが、燃料ガスとして前記燃料電池発電部に供給されるように構成されていることにある。
請求項１に記載の特徴構成によれば、冷却凝縮部において、燃料電池発電部を運転するための運転用流体と排燃料ガスとが熱交換することにより、運転用流体が予熱されると共に、排燃料ガスが冷却されて、排燃料ガスに含まれる水蒸気が凝縮する。
つまり、含有水蒸気を冷却凝縮させることができるように排燃料ガスを冷却することができる量及び温度にて存在すると共に、以降は、その存在温度よりも高温にて用いられる運転用流体を用いて、排燃料ガスを冷却するので、その運転用流体は排燃料ガスを冷却することにより昇温しても、燃料電池発電装置の運転に悪影響を与えることがなく、しかも、従来必要としていた冷却凝縮部専用の冷却水を不要にすることができるのである。
従って、従来必要としていた冷却凝縮部専用の冷却水を不要にして、エネルギーコストを低減し得る燃料電池発電装置を提供することができるようになった。
又、運転用流体が排燃料ガスを冷却することによって予熱されることにより、燃料電池発電装置の運転安定性の向上、発電効率の向上、又は、排熱回収効率の向上を図ることができるようになった。
又、排燃料ガス供給経路における凝縮水回収部よりも下流側の箇所にて、加熱部によって、排燃料ガスが加熱されるので、排燃料ガス中の水蒸気が冷却凝縮部にて凝縮されて、その凝縮水が凝縮水回収部にて回収されるにもかかわらず、排燃料ガス中に水蒸気が残留していたとしても、その残留水蒸気の凝縮が防止される。
従って、改質部へ凝縮水が供給されるのを可及的に抑制することができるので、改質部における排燃料ガスの燃焼を一層安定化させて、原燃料の改質処理を一層安定化させることができ、ひいては、一層安定した発電出力を得ることができるようになった。
さらに、加熱部において、選択酸化処理ガスと排燃料ガスとが熱交換することにより、排燃料ガスが加熱されると共に、選択酸化処理ガスが冷却され、そのように冷却された選択酸化処理ガスが燃料ガスとして燃料電池発電部に供給される。
つまり、電解質が高分子膜にて構成された高分子型の燃料電池発電部における発電反応温度は、選択酸化処理部における選択酸化処理温度よりも低いので、選択酸化処理部から排出された選択酸化処理ガスを高分子型の燃料電池発電部に供給するのに適した温度にまで冷却する必要があり、その冷却のために選択酸化処理ガスから採取する熱量を、加熱部における排燃料ガス加熱用として用いるのである。
従って、含有水蒸気を冷却凝縮させるために冷却した後の排燃料ガスを再加熱することにより、原燃料の改質処理を一層安定化させて、一層安定した発電出力が得られるという効果を、新たなエネルギ供給を回避しながら達成することができるようになった。
〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載の特徴構成は、燃料電池発電部から排出された排燃料ガスの燃焼熱にて原燃料を改質処理する改質部に向けて、前記燃料電池発電部からの排燃料ガスを送る排燃料ガス供給経路に、前記排燃料ガスに含まれる水蒸気を凝縮させるように前記排燃料ガスを冷却する冷却凝縮部、及び、その冷却凝縮部で凝縮された凝縮水を回収する凝縮水回収部が設けられた燃料電池発電装置であって、
前記冷却凝縮部が、燃料電池発電装置を運転するための運転用流体を前記排燃料ガスにて予熱することにより、前記排燃料ガスを冷却するように構成され、
前記排燃料ガス供給経路における前記凝縮水回収部よりも下流側の箇所に、前記排燃料ガスを加熱する加熱部が設けられ、
前記改質部における原燃料改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部が、前記改質部から排出された前記排燃料ガスの燃焼ガスにて原料水を加熱して水蒸気を生成するように構成され、
前記改質部から排出された改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理する変成処理部と、その変成処理部から排出された変成処理ガス中の一酸化炭素ガスを酸化する選択酸化処理部とが設けられて、その選択酸化処理部から排出された選択酸化処理ガスが燃料ガスとして前記燃料電池発電部に供給されるように構成され、
前記水蒸気生成部にて前記原料水を加熱した後の前記燃焼ガスにより、前記変成処理部を冷却するように構成され、
前記加熱部が、前記変成処理部を冷却した後の前記燃焼ガスにて、前記排燃料ガスを加熱するように構成されていることにある。
請求項２に記載の特徴構成によれば、冷却凝縮部において、燃料電池発電部を運転するための運転用流体と排燃料ガスとが熱交換することにより、運転用流体が予熱されると共に、排燃料ガスが冷却されて、排燃料ガスに含まれる水蒸気が凝縮する。
つまり、含有水蒸気を冷却凝縮させることができるように排燃料ガスを冷却することができる量及び温度にて存在すると共に、以降は、その存在温度よりも高温にて用いられる運転用流体を用いて、排燃料ガスを冷却するので、その運転用流体は排燃料ガスを冷却することにより昇温しても、燃料電池発電装置の運転に悪影響を与えることがなく、しかも、従来必要としていた冷却凝縮部専用の冷却水を不要にすることができるのである。
従って、従来必要としていた冷却凝縮部専用の冷却水を不要にして、エネルギーコストを低減し得る燃料電池発電装置を提供することができるようになった。
又、運転用流体が排燃料ガスを冷却することによって予熱されることにより、燃料電池発電装置の運転安定性の向上、発電効率の向上、又は、排熱回収効率の向上を図ることができるようになった。
又、排燃料ガス供給経路における凝縮水回収部よりも下流側の箇所にて、加熱部によって、排燃料ガスが加熱されるので、排燃料ガス中の水蒸気が冷却凝縮部にて凝縮されて、その凝縮水が凝縮水回収部にて回収されるにもかかわらず、排燃料ガス中に水蒸気が残留していたとしても、その残留水蒸気の凝縮が防止される。
従って、改質部へ凝縮水が供給されるのを可及的に抑制することができるので、改質部における排燃料ガスの燃焼を一層安定化させて、原燃料の改質処理を一層安定化させることができ、ひいては、一層安定した発電出力を得ることができるようになった。
さらに、改質部から排出された燃焼ガスは、水蒸気生成部において原料水の加熱用として用いられて冷却され、そのように水蒸気生成部にて冷却された燃焼ガスが、発熱反応である変成処理が実行される変成処理部を冷却するために用いられ、加熱部においては、変成処理部の冷却用として用いられることにより加熱された燃焼ガスによって、排燃料ガスが加熱される。
つまり、発熱反応である変成処理が実行される変成処理部を冷却することにより得られた熱を、加熱部における排燃料ガス加熱用として用いるのである。
従って、含有水蒸気を冷却凝縮させるために冷却した後の排燃料ガスを再加熱することにより、原燃料の改質処理を一層安定化させて、一層安定した発電出力が得られるという効果を、新たなエネルギ供給を回避しながら達成することができるようになった。
【０００７】
〔請求項３記載の発明〕
請求項３に記載の特徴構成は、前記運転用流体が、前記燃料電池発電部へ供給される酸素含有ガスであることにある。
請求項３に記載の特徴構成によれば、冷却凝縮部において、酸素含有ガスと排燃料ガスとが熱交換することにより、酸素含有ガスが予熱されると共に、排燃料ガスが冷却されて排燃料ガスに含まれる水蒸気が凝縮し、その冷却凝縮部にて予熱された酸素含有ガスが燃料電池発電部に供給される。
つまり、燃料電池発電部における水素と酸素との発電反応温度は、例えば、発電反応温度が比較的低い高分子型の燃料電池発電部においても、８０〜１００°Ｃ程度であり、一方、燃料電池発電部において発電反応用として用いられる空気等の酸素含有ガスは、常温又は常温に近い温度にて供給されるので、燃料電池発電部に供給する酸素含有ガスを、冷却凝縮部における排燃料ガス冷却用の運転用流体として用いることができるのである。
しかも、燃料電池発電部に供給される酸素含有ガスが予熱されている分、燃料電池発電部を冷却する発電部冷却用流体によって持ち出される熱量が多くなるので、発電部冷却用流体からの排熱回収量を多くすることができる。
従って、冷却凝縮部専用の冷却水を不要にすることができることに加えて、発電部冷却用流体からの排熱回収量を多くすることができるので、エネルギーコストを更に低減することができるようになった。
【０００８】
〔請求項４記載の発明〕
請求項４に記載の特徴構成は、前記運転用流体が、前記改質部における原燃料改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部に供給される原料水であることにある。
請求項４に記載の特徴構成によれば、冷却凝縮部において、水蒸気生成部における水蒸気生成用の原料水と排燃料ガスとが熱交換することにより、原料水が予熱されると共に、排燃料ガスが冷却されて、排燃料ガスに含まれる水蒸気が凝縮し、その冷却凝縮部にて予熱された原料水が水蒸気生成部に供給される。
つまり、水蒸気生成部における水蒸気生成用の原料水は、常温又は常温に近い温度にて供給されるので、水蒸気生成部に供給する原料水を、冷却凝縮部における排燃料ガス冷却用の運転用流体として用いることができるのである。
しかも、水蒸気生成部に供給される原料水が予熱されているので、水蒸気生成部における水蒸気生成が一層安定化して、改質部における原燃料の改質処理が一層安定化し、ひいては、燃料電池発電部における発電を一層安定化することができる。
従って、冷却凝縮部専用の冷却水を不要にしてエネルギーコストを低減することができるとともに、一層安定した発電出力を得ることができるようになった。
【００１２】
【発明の実施の形態】
〔第１の参考の実施形態〕
以下、図１ないし図４に基づいて、本発明の第１の参考の実施形態を説明する。
図１に示すように、燃料電池発電装置は、高分子膜を電解質とする固体高分子型の燃料電池発電部Ｇ、その燃料電池発電部Ｇに供給する燃料ガスである水素含有ガスを生成する水素含有ガス生成部Ｐ、及び、燃料電池発電部Ｇに反応用空気を供給するブロア２８を備えて構成してあり、燃料電池発電部Ｇにおいて、燃料ガス中の水素と反応用空気中の酸素との電気化学反応により発電するように構成してある。
【００１３】
燃料電池発電部Ｇには、冷却水を通流させる冷却水通流部５１を設けてあり、その冷却水通流部５１に対して、冷却水ポンプ５２を設けた冷却水循環路５３を接続して、冷却水ポンプ５２によって、冷却水を冷却水通流部５１に循環させて燃料電池発電部Ｇを冷却するように構成してある。
更に、冷却水循環路５３を通流する冷却水と排熱回収路５４を通流する水とを熱交換させる排熱回収用熱交換器５５を設けてあり、その排熱回収用熱交換器５５によって、燃料電池発電部Ｇの排熱を回収して、排熱回収路５４を通じて温水を需要先に供給するように構成してある。
【００１４】
図１に示すように、水素含有ガス生成部Ｐは、天然ガス等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫処理部１と、水を加熱して水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｓと、燃料電池発電部Ｇから排出された排燃料ガスの燃焼熱により、脱硫処理部１で脱硫処理された原燃料ガスを水蒸気生成部Ｓで生成された水蒸気を用いて水素ガスと一酸化炭素ガスに改質処理する改質部Ｒと、その改質部Ｒから排出された改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成処理部５と、その変成処理部５から排出された変成処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスを選択的に酸化する選択酸化処理部６とを備えて構成して、その選択酸化処理部６から排出される一酸化炭素ガス濃度の低い  （例えば１０ｐｐｍ以下）水素リッチな選択酸化処理ガスを、燃料ガスとして燃料電池発電部Ｇに供給するように構成してある。
【００１５】
改質部Ｒは、改質触媒が通気自在に充填されると共に、被改質ガス（脱硫原燃料ガスと水蒸気との混合ガス）を通流させて、原燃料ガスを改質処理する改質処理部３と、燃料電池発電部Ｇから排出された排燃料ガスを燃焼させて改質処理部３を加熱する燃焼部４とを備えて構成してある。
【００１６】
水蒸気生成部Ｓは、改質部Ｒの燃焼部４から排出された燃焼ガスを通流させる水蒸気生成用加熱通流部１１と、供給される原料水を水蒸気生成用加熱通流部１１による加熱にて蒸発させる蒸発処理部２とから構成してある。
【００１７】
更に、水素含有ガス生成部Ｐには、改質処理部３から排出された高温の改質処理ガスを通流させて、改質処理部３を保温する保温用通流部７と、高温の改質処理ガスにより改質処理部３に供給される被改質ガスを加熱する被改質ガス用熱交換器Ｅｐと、高温の改質処理ガスにより脱硫処理部１に供給される原燃料ガスを加熱する原燃料ガス用熱交換器Ｅａと、変成処理部５を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部８と、同じく、変成処理部６を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部９と、変成処理部５及び選択酸化処理部６を冷却する冷却用ファン１０とを設けてある。
【００１８】
被改質ガス用熱交換器Ｅｐは、保温用通流部７から排出された改質処理ガスを通流させる上流側改質処理ガス通流部１２と、改質処理部３に供給する被改質ガスを通流させる被改質ガス通流部１３とを熱交換自在に設けて構成し、原燃料ガス用熱交換器Ｅａは、上流側改質処理ガス通流部１２から排出された改質処理ガスを通流させる下流側改質処理ガス通流部１５と、脱硫処理部１に供給する原燃料ガスを通流させる原燃料ガス通流部１６とを熱交換自在に設けて構成してある。
【００１９】
燃料電池発電部Ｇからの排燃料ガスを送る排燃料ガス供給路２４（排燃料ガス供給経路に相当する）に、排燃料ガスに含まれる水蒸気を凝縮させるように排燃料ガスを冷却する冷却凝縮部Ｃ、及び、その冷却凝縮部Ｃで凝縮された凝縮水を回収するドレントラップ１４（凝縮水回収部に相当する）を設けてある。
【００２０】
そして、本発明においては、冷却凝縮部Ｃを、燃料電池発電装置を運転するための運転用流体を排燃料ガスにて予熱することにより、排燃料ガスを冷却するように構成してあり、第１の参考の実施形態では、前記運転用流体として、燃料電池発電部Ｇへ供給する酸素含有ガスである反応用空気を用いるようにして、冷却凝縮部Ｃを、燃料電池発電部Ｇへ供給する反応用空気と排燃料ガスとを熱交換させる反応用空気利用熱交換器１７にて構成してある。
【００２１】
図２に示すように、水素含有ガス生成部Ｐは、矩形板状の偏平な容器Ｂの複数を板状形状の厚さ方向に並べて設けて、各容器Ｂを用いて、各処理部、各通流部、燃焼部４等を夫々構成してある。
【００２２】
複数の容器Ｂのうちの一部は、一つの室を備えるように形成した単室具備容器Ｂｍにて構成し、残りは、区画された二つの室を備えるように形成した双室具備容器Ｂｄにて構成してある。
図４に示すように、単室具備容器Ｂｍは、皿形状容器形成部材４１と平板状容器形成部材４２とを周辺部を溶接接続して、一つの室を区画形成し、図３に示すように、双室具備容器Ｂｄは、一対の皿形状容器形成部材４１の間に平板状の仕切り部材４３を位置させた状態で、周辺部を溶接接続して、二つの室を区画形成してある。
各単室具備容器Ｂｍや、各双室具備容器Ｂｄには、必要に応じて、流体供給用や流体排出用の接続ノズル４４を内部の室と連通する状態で取り付けてある。
又、図示を省略するが、必要に応じて、容器Ｂの室内を蛇行状流路になるように構成して、流体の通流経路を長くしている。
【００２３】
図２に示すように、本実施形態においては、８個の双室具備容器Ｂｄと、１個の単室具備容器Ｂｍを、正面視において左端から３個目に単室具備容器Ｂｍを位置させた状態で横方向に並設してある。
８個の双室具備容器Ｂｄの区別が明確になるように、便宜上、双室具備容器を示す符号Ｂｄの後に、左からの並び順を示す符号１，２，３……………８を付す。
【００２４】
左端の双室具備容器Ｂｄ１にて水蒸気生成部Ｓを構成してあり、その双室具備容器Ｂｄ１の左側の室を備えた部分を用いて、水蒸気生成用加熱通流部１１を構成し、右側の室を備えた部分を用いて蒸発処理部２を構成し、両室内にステンレスウール等からなる伝熱促進材を通気可能な状態で充填してある。
左から２個目の双室具備容器Ｂｄ２にて改質部Ｒを構成してあり、その双室具備容器Ｂｄ２の左側の室を備えた部分を用いて燃焼部４を構成し、右側の室を備えた部分を用いて改質処理部３を構成してある。燃焼部４を構成する左側の室を、燃焼室に構成すると共に、その燃焼室内で排燃料ガスを燃焼するように改質用バーナ４ｂを設け、改質処理部３を構成する右側の室には、ルテニウム、ニッケル、白金等の改質用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で充填してある。
単室具備容器Ｂｍを用いて、保温用通流部７を構成してある。
【００２５】
左から３個目の双室具備容器Ｂｄ３の左側の室を備えた部分を用いて、上流側改質処理ガス通流部１２を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、被改質ガス通流部１３を構成してある。両室内には、ステンレスウール等からなる伝熱促進材を通気可能な状態で充填してある。
【００２６】
左から４個目の双室具備容器Ｂｄ４の左側の室を備えた部分を用いて、脱硫処理部１を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、原燃料ガス通流部１６を構成してある。脱硫処理部１を構成する左側の室内には、脱硫用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で充填してある。
【００２７】
左から５個目の双室具備容器Ｂｄ５の左側の室を備えた部分を用いて、下流側改質処理ガス通流部１５を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、変成処理部５を構成してある。
左から６個目の双室具備容器Ｂｄ６の左側の室を備えた部分を用いて、変成処理部５を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、変成部冷却用通流部８を構成してある。
左から７個目の双室具備容器Ｂｄ７を用いて、変成処理部５を構成してある。変成処理部を構成する各室内には、酸化鉄又は銅亜鉛の変成反応用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で充填してある。
【００２８】
左からから８個目（右端）の双室具備容器Ｂｄ８の左側の室を備えた部分を用いて、変成部冷却用通流部９を構成し、右側の室を備えた部分を用いて選択酸化処理部６を構成してある。選択酸化処理部６を構成する室内には、ルテニウムの選択酸化用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で充填してある。
【００２９】
８個の双室具備容器Ｂｄと１個の単室具備容器Ｂｍを含む複数の容器Ｂを並べるに当たっては、伝熱させる必要のあるもの同士は互いに密着させた状態で、且つ、伝熱量を調節する必要のあるもの同士の間に伝熱量調節用の断熱材１９を介在させた状態で、並べてある。
つまり、左端の双室具備容器Ｂｄ１と左から２個目の双室具備容器Ｂｄ２との間に断熱材１９を配置し、左から２個目の双室具備容器Ｂｄ２と単室具備容器Ｂｍとを密接配置し、単室具備容器Ｂｍと左から３個目の双室具備容器Ｂｄ３との間に断熱材１９を配置し、左から３個目の双室具備容器Ｂｄ３と左から４個目の双室具備容器Ｂｄ４との間に断熱材１９を配置し、並びに、左から４個目から８個目（右端）の双室具備容器Ｂｄ４〜Ｂｄ８を互いに密接配置してある。
【００３０】
つまり、複数の容器Ｂを並設した状態において、最も高温維持が要求される改質部Ｒを構成する双室具備容器Ｂｄ２を、並設方向の略中間部に配置し、その改質部Ｒを構成する双室具備容器Ｂｄ２の一方側に断熱材１９を、他方側に保温用通流部７を構成する単室具備容器Ｂｍ及び断熱材１９を配置し、それらの並設方向両側夫々に、処理温度が概ね低くなる順になるように、各処理部等を構成する容器Ｂを並べ、並びに、並設方向端部には冷却が要求される選択酸化処理部６を構成する双室具備容器Ｂｄ８を配置することにより、放熱損失を可及的に抑制しながら、各処理部等を適切な温度に制御できるようにしてある。
【００３１】
改質処理部３においては、メタンガスを主成分とする天然ガスが原燃料ガスである場合は、例えば７００〜７５０°Ｃ程度の加熱下でメタンガスと水蒸気とが下記の反応式にて改質反応して、水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理される。
【００３２】
【化１】
ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 
【００３３】
変成処理部５においては、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスと水蒸気とが、例えば２００°Ｃ程度の反応温度にて下記の反応式にて変成反応して、一酸化炭素ガスが二酸化炭素ガスに変成処理される。
【００３４】
【化２】
ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 
【００３５】
選択酸化処理部６においては、ルテニウムの触媒作用によって、１００°Ｃ程度の反応温度にて、変成処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスが選択酸化される。
【００３６】
図１及び図２において、白抜き線矢印にて示すように、原燃料ガス供給路２１を原燃料ガス用熱交換器Ｅａの原燃料ガス通流部１６に接続し、並びに、原燃料ガス通流部１６、脱硫処理部１、被改質ガス用熱交換器Ｅｐの被改質ガス通流部１３、改質処理部３、保温用通流部７、被改質ガス用熱交換器Ｅｐの上流側改質処理ガス通流部１２、原燃料ガス用熱交換器Ｅａの下流側改質処理ガス通流部１５、各変成処理部５、選択酸化処理部６の順に流れるガス処理経路を形成するように、それらをガス処理用流路２２にて接続してある。
最後段の変成処理部５と選択酸化処理部６とを接続するガス処理用流路２２には、変成処理ガスから凝縮水を除去するドレントラップ３４を設けてある。
【００３７】
そして、原燃料ガス供給路２１から供給される原燃料ガスを脱硫処理部１で脱硫処理し、その脱硫原燃料ガスと後述する水蒸気路２６からの水蒸気とを混合して、改質処理部３に供給して改質処理し、その改質処理ガスを４段の変成処理部５に順次供給して、一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理し、その変成処理ガスを選択酸化処理部６に供給して一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する。
【００３８】
その選択酸化処理部６から排出された選択酸化処理ガスを燃料ガスとして、燃料ガス路２３を通じて燃料電池発電部Ｇに供給し、燃料電池発電部Ｇから排出された排燃料ガスを排燃料ガス路２４を通じて、改質部Ｒの改質用バーナ４ｂに供給する。
尚、選択酸化処理部６から排出された選択酸化処理ガスの温度は１１０°Ｃ程度であり、高分子型の燃料電池発電部Ｇの動作温度は８０°Ｃ程度であるので、燃料ガス路２３には、選択酸化処理部６から排出された選択酸化処理ガスを、燃料電池発電部Ｇの動作温度付近にまで冷却する燃料ガス冷却用熱交換器３３を設けてある。
【００３９】
図１及び図２において、実線矢印にて示すように、水蒸気生成用の原料水を供給する原料水供給路２５を蒸発処理部２に接続し、蒸発処理部２にて生成された水蒸気を送出する水蒸気路２６を、脱硫処理部１と被改質ガス通流部１３とを接続するガス処理用流路２２に接続して、ガス処理用流路２２を通流する脱硫原燃料ガスに改質用の水蒸気を混合させるように構成してある。
【００４０】
原料水供給路２５の途中には、原料水を蛇行状に流す蛇行状通流部１８を設け、その蛇行状通流部１８を、水素含有ガス生成部Ｐの外壁部のうちの、改質部Ｒの燃焼部４を覆う箇所に、熱伝導可能に当て付けて設けて、水素含有ガス生成部Ｐの外壁部からの伝導熱及び輻射熱にて、蛇行状通流部１８を通流する原料水を予熱するように構成してある。
【００４１】
図１及び図２において、破線矢印にて示すように、改質部Ｒの燃焼部４から排出された燃焼ガスを、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８の順に流すように、それら燃焼部４、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８を燃焼ガス路２７にて接続して、水蒸気生成用加熱通流部１１においては、燃焼ガスによって蒸発処理部２を加熱し、変成部冷却用通流部８においては、燃焼ガスによって、発熱反応である変成反応が行われる変成処理部５を冷却するように構成してある。
尚、水蒸気生成用加熱通流部１１から排出された燃焼ガスの温度は１２０°Ｃ程度であり、その燃焼ガスが変成部冷却用通流部８を通流して変成処理部５を冷却するので、変成部冷却用通流部８から排出された燃焼ガスの温度は１５０°Ｃ程度に上がっている。
【００４２】
図１及び図２において、一点鎖線矢印にて示すように、ブロア２８からの空気を燃焼用空気として、変成部冷却用通流部９を通流させてから改質部Ｒの改質用バーナ４ｂに供給するように、ブロア２８、変成部冷却用通流部９、改質用バーナ４ｂを燃焼用空気路２９にて接続すると共に、燃焼用空気を変成部冷却用通流部９を迂回させて通流させるように、燃焼用空気路２９に燃焼用空気バイパス路３０を接続し、ブロア２８からの空気を酸化用空気として選択酸化処理部６に供給するように、ブロア２８に接続した酸化用空気供給路３１を、最後段の変成処理部５と選択酸化処理部６とを接続するガス処理用流路２２に接続し、更に、ブロア２８からの空気を反応用空気として燃料電池発電部Ｇに供給するように、ブロア２８に接続した反応用空気路３２を燃料電池発電部Ｇに接続してある。
【００４３】
改質用バーナ４ｂに対して、燃焼用空気を変成部冷却用通流部９を通流させて供給する状態と、変成部冷却用通流部９を迂回させて燃焼用空気バイパス路３０を通じて供給する状態とに切り換えるために、開閉弁３５，３６を設けてある。尚、通常は、開閉弁３５，３６を、燃焼用空気が燃焼用空気バイパス路３０を通流する状態に切り換えるが、変成処理部５の冷却能力が不足するとき、例えば、夏期の高気温時には、開閉弁３５，３６を、燃焼用空気が変成部冷却用通流部９を通流する状態に切り換えて、燃焼用空気にて変成処理部５を冷却する。
【００４４】
反応用空気利用熱交換器１７は、排燃料ガス供給路２４を通流する排燃料ガスと、反応用空気路３２を通流する反応用空気とを熱交換させるように設けてあり、排燃料ガス供給路２４における反応用空気利用熱交換器１７よりも下流側の箇所に、ドレントラップ１４を設けてある。
そして、反応用空気利用熱交換器１７において、反応用空気と排燃料ガスとが熱交換することにより、反応用空気が予熱されると共に、排燃料ガスが冷却されて排燃料ガスに含まれる水蒸気が凝縮し、その凝縮水がドレントラップ１４にて除去されて、そのように凝縮水が除去された排燃料ガスが改質用バーナ４ｂに供給され、並びに、反応用空気利用熱交換器１７にて予熱された反応用空気が燃料電池発電部Ｇに供給される。
【００４５】
従って、反応用空気利用熱交換器１７にて予熱された反応用空気が燃料電池発電部Ｇに供給されることから、冷却水循環路５３を通流する冷却水によって燃料電池発電部Ｇから持ち出される熱量が多くなるので、排熱回収用熱交換器５５において、冷却水からの排熱回収量を多くすることができる。
【００４６】
以下、本発明の第２の参考の実施形態、並びに、第１及び第２の各実施形態を説明するが、第１の参考の実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、第１の参考の実施形態と異なる構成を説明する。
【００４７】
〔第２の参考の実施形態〕
以下、図５に基づいて第２の参考の実施形態を説明する。
第２の参考の実施形態においては、冷却凝縮部Ｃを、改質部Ｒにおける原燃料改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｓに供給される原料水と排燃料ガスとを熱交換させるように構成してある。つまり、第２の参考の実施形態では、冷却凝縮部Ｃにおいて排燃料ガスにて予熱する運転用流体として、水蒸気生成部Ｓに供給される原料水を用いるように構成してある。
【００４８】
原料水利用熱交換器３７は、排燃料ガス供給路２４を通流する排燃料ガスと、原料水供給路２５を通流する原料水とを熱交換させるように設けてあり、排燃料ガス供給路２４における原料水利用熱交換器３７よりも下流側の箇所に、ドレントラップ１４を設けてある。
そして、原料水利用熱交換器３７において、原料水と排燃料ガスとが熱交換することにより、原料水が予熱されると共に、排燃料ガスが冷却されて排燃料ガスに含まれる水蒸気が凝縮し、その凝縮水がドレントラップ１４にて除去されて、そのように凝縮水が除去された排燃料ガスが改質用バーナ４ｂに供給され、並びに、原料水利用熱交換器３７にて予熱された原料水が、更に、蛇行状通流部１８にて予熱された後、水蒸気生成部Ｓの蒸発処理部に供給される。
【００４９】
〔第１実施形態〕
以下、図６に基づいて、第１実施形態を説明する。
第１実施形態においては、冷却凝縮部Ｃは、第１の参考の実施形態と同様の反応用空気利用熱交換器１７にて構成すると共に、排燃料ガス供給路２４におけるドレントラップ１４よりも下流側の箇所に、排燃料ガスを加熱する加熱部Ｈを設けてある。
そして、第１実施形態においては、加熱部Ｈは、燃料ガス路２３を流れる選択酸化処理ガスと、排燃料ガス供給路２４におけるドレントラップ１４よりも下流側の箇所を流れる排燃料ガスとを熱交換させるように設けた選択酸化処理ガス利用熱交換器３８にて構成してあり、選択酸化処理部６から排出された選択酸化処理ガスにて排燃料ガスを加熱するように構成してある。
【００５０】
選択酸化処理ガス利用熱交換器３８は、排燃料ガス供給路２４において、ドレントラップ１４よりも下流側で、しかもドレントラップ１４にできるだけ近い箇所に設けて、ドレントラップ１４を流出した排燃料ガスが選択酸化処理ガス利用熱交換器３８に至る経路を極力短くして、ドレントラップ１４を流出した排燃料ガスが選択酸化処理ガス利用熱交換器３８に至るまでの間に冷却されるのを極力抑制して、水蒸気の凝縮を防止している。
【００５１】
選択酸化処理ガス利用熱交換器３８において、選択酸化処理ガスと排燃料ガスとが熱交換することにより、排燃料ガスが加熱されると共に、選択酸化処理ガスが冷却され、そのように冷却された選択酸化処理ガスが燃料ガスとして燃料電池発電部Ｇに供給される。
尚、選択酸化処理部６から排出された１１０°Ｃ程度の温度の選択酸化処理ガスを、選択酸化処理ガス利用熱交換部３７において、燃料電池発電部Ｇの動作温度付近にまで冷却するので、第１の参考の実施形態において設けた燃料ガス冷却用熱交換器３３は省略してある。
【００５２】
〔第２実施形態〕
以下、図７に基づいて、第２実施形態を説明する。
第２実施形態においては、冷却凝縮部Ｃは、第１の参考の実施形態と同様の反応用空気利用熱交換器１７にて構成すると共に、排燃料ガス供給路２４におけるドレントラップ１４よりも下流側の箇所に、排燃料ガスを加熱する加熱部Ｈを設けてある。
そして、第２実施形態においては、加熱部Ｈは、燃焼ガス路２７における変成部冷却用通流部８よりも下流側の箇所を流れる燃焼ガスと、排燃料ガス供給路２４におけるドレントラップ１４よりも下流側の箇所を流れる排燃料ガスとを熱交換させるように設けた燃焼ガス利用熱交換器３９にて構成してあり、変成処理部５を冷却した後の燃焼ガスにて、排燃料ガスを加熱するように構成してある。
【００５３】
燃焼ガス利用熱交換器３９は、排燃料ガス供給路２４において、ドレントラップ１４よりも下流側で、しかもドレントラップ１４にできるだけ近い箇所に設けて、ドレントラップ１４を流出した排燃料ガスが燃焼ガス利用熱交換器３９に至る経路を極力短くして、ドレントラップ１４を流出した排燃料ガスが燃焼ガス利用熱交換器３９に至るまでの間に冷却されるのを極力抑制して、水蒸気の凝縮を防止している。
【００５４】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ）  冷却凝縮部Ｃにおいて排燃料ガスにて予熱する運転用流体としては、上記の実施形態において例示した、燃料電池発電部Ｇへ供給する反応用空気及び水蒸気生成部Ｓに供給する原料水に限定されるものではなく、例えば、原燃料、燃焼部４に供給する燃焼用空気等を用いることができる。
【００５６】
（ロ）  排燃料ガス供給路２４に、反応用空気利用熱交換器１７及び原料水利用熱交換器３７の両方を設けても良い。あるいは、排燃料ガス供給路２４に、選択酸化処理ガス利用熱交換器３８及び燃焼ガス利用熱交換器３９の両方を設けても良い。
【００５７】
（ハ）  上記の第１及び第２の各実施形態において、反応用空気利用熱交換器１７に代えて、原料水利用熱交換器３７を設けても良い。
【００５９】
（ニ）  上記の実施形態においては、水素含有ガス生成部Ｐは、それを構成する各部を一体的に組み付けて一体物として構成する場合について例示したが、必要に応じて、分割するようにしても良い。
【００６０】
（ホ）  本発明は、上記の実施形態において例示した如き固体高分子型以外に、リン酸型、固体電解質型、溶融炭酸塩型等、種々の型式の燃料電池発電部Ｇを備えたものに適用することができる。
【００６１】
（ヘ）  燃料ガス生成用の炭化水素系の原燃料としては、上記の実施形態において例示した天然ガス以外に、プロパンガス、ナフサ、灯油や、メタノール等のアルコール類等、種々の原燃料を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の参考の実施形態にかかる燃料電池発電装置の系統図
【図２】  第１の参考の実施形態にかかる燃料電池発電装置における水素含有ガス生成部の縦断面図
【図３】  水素含有ガス生成部を構成する双室具備容器の斜視図
【図４】  水素含有ガス生成部を構成する単室具備容器の斜視図
【図５】  第２の参考の実施形態にかかる燃料電池発電装置の系統図
【図６】  第１実施形態にかかる燃料電池発電装置の系統図
【図７】  第２実施形態にかかる燃料電池発電装置の系統図
【符号の説明】
５    変成処理部
６    選択酸化処理部
１４  凝縮水回収部
２４  排燃料ガス供給経路
Ｃ    冷却凝縮部
Ｇ    燃料電池発電部
Ｈ    加熱部
Ｒ    改質部
Ｓ    水蒸気生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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