(57)【要約】【解決手段】本発明は、燃料電池装置、特に溶融炭酸塩型燃料電池装置のためにスタンバイガスを調製する方法において、可燃性ガスを空気または他の酸素含有ガスと混合して第一の混合物としそして触媒設備を通して送り、その際に第一のガス混合物の酸素成分を二酸化炭素および水蒸気に転化しながらおよびガス混合物中に含まれる水蒸気およびより高級な炭化水素の成分をメタンおよび水素に転化しながら、スタンバイガスを得ることに関する。
2004531023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池装置、特に溶融炭酸塩型燃料電池装置のためにスタンバイガスを調製する方法において、可燃性ガスを空気または他の酸素含有ガスと混合して第一の混合物としそして触媒設備を通して送り、その際に第一のガス混合物の酸素成分を二酸化炭素および水蒸気に転化しながらおよびガス混合物中に含まれる水蒸気およびより高級な炭化水素の成分をメタンおよび水素に転化しながら、スタンバイガスを得ることを特徴とする、上記方法。
【請求項２】
第一の混合物を所定の第一の温度で第一の触媒に通して供給し、その際に第一のガス混合物酸素成分を二酸化炭素および水蒸気に転化しながら第二のガス混合物を得、そして第二のガス混合物を所定の第二の温度で第二の触媒に通して供給し、その際にガス混合物中に含まれる水蒸気およびより高級な炭化水素の成分をメタンおよび水素に転化しながらスタンバイガスを得、その際に第二のガス混合物の転化反応を高温のもとで吸熱的に行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
空気および酸素含有ガスを化学量論的に不足する量で供給して、得られるスタンバイガス中に可燃性ガスの成分を含ませない請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
スタンバイガスを製造するために最初にピーク負荷ガスを可燃性ガスに接触的に転化する、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
可燃性ガスへのピーク負荷ガスの接触的転化をスタンバイガスの製造のために反応式
１０Ｃ3Ｈ8＋８５ＣＨ4＋５Ｏ2＝９Ｃ3Ｈ8＋８５ＣＨ4＋３ＣＯ2＋４Ｈ2Ｏ
に相応して行う、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
スタンバイガスを製造するために可燃性ガスを接触的に転化する、請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
スタンバイガスへの可燃性ガスの接触的転化を反応式
１２ＣＨ4＋２０Ｏ2＋８０Ｎ2＝８０Ｎ2＋１０ＣＯ2＋２ＣＨ4＋２０Ｈ2Ｏ
に相応して行う、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第一のガス混合物を転化するための第一の触媒として慣用の燃焼触媒を使用する、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
第二のガス混合物を転化するための第二の触媒として慣用の燃焼触媒を使用する、請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
スタンバイガスを燃料電池装置のアノード側に供給する、請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
燃料電池装置を休止運転中にスタンバイガスの供給によって作動温度に維持する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
スタンバイガスを生成する可燃性ガスとして液体ガスを使用する、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
それぞれにアノードとカソードを有する１つ以上の燃料電池（２）を有しそしてアノードへ可燃性ガスを供給するための可燃性ガス導入口（３）およびカソードにカソードガスを供給するためのカソード入口（４）ならびに可燃性ガスを接触的に処理するための触媒設備（７，８）を有する燃料電池装置、特に溶融炭酸塩型燃料電池装置において、可燃性ガスを空気または他の酸素含有ガスと混合して第一の混合物を得るための手段（５）を備えておりそして触媒設備（７，８）が、酸素成分を二酸化炭素および水蒸気に転化しながらおよびガス混合物中に含まれる水蒸気およびより高級な炭化水素の成分をメタンおよび水素に転化しながらスタンバイガスを得ることを特徴とする、上記燃料電池装置。
【請求項１４】
可燃性ガスを空気または他の酸素含有ガスと混合して第一の混合物とする手段（５）を装備しておりそして触媒設備（７，８）が、第一の混合物が所定の第一の温度のもとで供給通過される第一の触媒（７）を有しており、その通過の際に第一のガス混合物を二酸化炭素および水蒸気に転化しながら第二のガス混合物を得そして触媒設備（７，８）が、第二のガス混合物が所定の第二の温度のもとで供給通過される第二の触媒（８）を有しており、その通過の際にガス混合物中に含まれる水蒸気およびより高級な炭化水素の成分をメタンおよび水素に転化しながらスタンバイガスを得、そしてその際に第二のガス混合物の転化を第二の触媒（８）中で高温で吸熱的に行う、請求項１３に記載の燃料電池装置。
【請求項１５】
空気および酸素含有ガスを化学量論的に不足する量で供給し、その結果、得られるスタンバイガス中に可燃性ガスの成分が含まれていない請求項１３または１４に記載の燃料電池装置。
【請求項１６】
第一の触媒（７）にピーク負荷ガスを可燃性ガスに接触的に転化するために供給する請求項１３、１４または１５に記載の燃料電池装置。
【請求項１７】
第二の触媒（８）に可燃性ガスをスタンバイガスに接触的に転化するために供給する、請求項１３〜１６のいずれか一つに記載の燃料電池装置。
【請求項１８】
第一のガス混合物を転化するための第一の触媒（７）として慣用の燃焼触媒を使用する、請求項１３〜１７のいずれか一つに記載の燃料電池装置。
【請求項１９】
第二のガス混合物を転化するための第二の触媒（８）として慣用の燃料触媒を使用する、請求項１３〜１８のいずれか一つに記載の燃料電池装置。
【請求項２０】
スタンバイガスを燃料電池装置のアノード側に供給する、請求項１３〜１９のいずれか一つに記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池装置のためのスタンバイガスを調製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池装置、特に溶融炭酸塩燃料電池が使用される装置を運転する際に、機械の故障時間および待機時間の間、作動温度を維持するべきであるという要求がある。溶融炭酸塩燃料電池の場合には、約６５０℃の作動温度を維持すべきであるとされている。アノード側での酸化を避けるために、即ち一般にニッケルで製造されたアノードの所での酸化を避けるために、この場合にはアノードに、一般に窒素、水素および／または二酸化炭素よりなる洗浄ガスを供給する必要がある。伝統的にこの目的のために特別に洗浄ガスあるいはスタンバイガスが燃料電池装置に予めに貯蔵される。このことは投下資本および設置面積に対する要求を増加させそして許容される停止時間が洗浄ガス貯蔵量によって限定される。
【０００３】
特開平０４−００４５７０号公報の要約によると、燃料電池装置の停止時間を克服するために主として水素よりなるスタンバイガスが燃料電池温度を維持しながら使用される燃料電池装置が公知である。更に特開平０４−３２４２５３号公報からは、還元性ガスと混合された窒素よりなるスタンバイガスを、燃料電池装置の停止時間の際に燃料電池装置のアノードが酸化されるのを防止するために使用することが公知である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、スタンバイガスを特別に貯蔵する必要のない、燃料電池装置のためにスタンバイガスを調製する方法を提供することである。更に本発明によって、スタンバイガスを調製する手段を持っている、スタンバイガスを特別に貯蔵しておく必要のない燃料電池装置を提供するべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は請求項１に記載の方法によって解決される。本発明の方法の有利な別の実施態様を請求項２〜１２に記載してある。
【０００６】
上記課題は装置的には請求項１３に記載の装置によって解決される。本発明の装置の有利な別の実施態様は請求項１４〜２０に記載してある。
【０００７】
上述の課題は方法的には燃料電池装置、特に溶融炭酸塩燃料電池装置のためのスタンバイガスを調製する方法によって解決される。本発明によれば、可燃性ガスを空気または他の酸素含有ガスと混合して第一の混合物を得、そして触媒設備に供給し、その際に第一のガス混合物の酸素成分を二酸化炭素および水蒸気に転化しながらおよびガス混合物中に含まれる水蒸気およびより高級な炭化水素の成分をメタンおよび水素に転化しながら、スタンバイガスを得ることを構成要件とする。
【０００８】
本発明の方法の別の長所は、大容量の貯蔵容器をスタンバイガスの調製のために使用することを省くことができることである。このことは燃料電池装置の待機費用および運転費用を低減する。別の長所は許容できる停止時間の期間がスタンバイガスの限られた大きさの貯蔵器によって制限されないことである。
【０００９】
本発明の非常に有利な実施態様によれば、第一の混合物を所定の第一の温度において第一の触媒に通して供給し、その際に第一のガス混合物の酸素成分を二酸化炭素および水蒸気に転化しながら第二のガス混合物を得、そして第二のガス混合物を予め決められた第二の温度のもとで第二の触媒に通して供給し、その際にガス混合物中に含まれる水蒸気およびより高級な炭化水素の成分をメタンおよび水素に転化しながらスタンバイガスを得、その際に第二のガス混合物の転化を高温で吸熱的に行うことである。
【００１０】
本発明の有利な実施形態によれば、空気または酸素含有ガスを化学量論的に不足する量で供給し、その結果、得られるスタンバイガス中に可燃性ガスの成分が含まれていない。
【００１１】
本発明の有利な実施態様によれば、スタンバイガスを製造するために最初にピーク負荷ガス(Spitzenlastgas)を可燃性ガスに接触的に転化する。
【００１２】
別の有利な実施態様の一つによれば、スタンバイガスの製造のために可燃性ガスへのピーク負荷ガスの接触的転化を反応式
１０Ｃ3Ｈ8＋８５ＣＨ4＋５Ｏ2＝９Ｃ3Ｈ8＋８５ＣＨ4＋３ＣＯ2＋４Ｈ2Ｏ
に相応して行う。
【００１３】
本発明の別の有利な実施態様の一つによれば、スタンバイガスを製造するために可燃性ガスを接触的に転化する。
【００１４】
有利な実施態様の一つによれば、スタンバイガスへの可燃性ガスの接触的転化を反応式  １２ＣＨ4＋２０Ｏ2＋８０Ｎ2＝８０Ｎ2＋１０ＣＯ2＋２ＣＨ4＋２０Ｈ2Ｏ
に相応して行う。
【００１５】
本発明の有利な実施態様の一つによれば、第一のガス混合物を転化するための第一の触媒として慣用の燃焼触媒を使用する。
【００１６】
本発明の別の有利な実施態様によれば、第二のガス混合物を転化するための第二の触媒として慣用の燃焼触媒を使用する。
【００１７】
スタンバイガスを燃料電池装置のアノード側に供給するのが有利である。
【００１８】
更に、燃料電池装置を運転停止中にスタンバイガスの供給によって稼動温度に維持するのが有利である。
【００１９】
本発明の有利な実施態様の一つによれば、スタンバイガスを生成する可燃性ガスとして液体ガスを使用する。
【００２０】
上記の課題は装置的には、それぞれにアノードとカソードを有する１つ以上の燃料電池を有しそしてアノードへ可燃性ガスを供給するための可燃性ガス導入口およびカソードにカソードガスを供給するためのカソード入口ならびに可燃性ガスを接触的に調製するための触媒設備を有する燃料電池装置、特に溶融炭酸塩型燃料電池装置によって解決される。本発明によれば、可燃性ガスを空気または他の酸素含有ガスと混合して第一の混合物を得るための手段を備えておりそして触媒設備が、酸素成分を二酸化炭素および水蒸気に転化しながらおよびガス混合物中に含まれる水蒸気およびより高級な炭化水素の成分をメタンおよび水素に転化しながらスタンバイガスを得る。
【００２１】
本発明の燃料電池装置の本質的な長所は、スタンバイガスを調製するために大容量の貯蔵容器の使用を省くことができ、このことが燃料電池装置の待機費用および運転費用を低減することである。別の長所は、許容できる停止時間の期間がスタンバイガスの限られた貯蔵器の大きさによって制限されないことである。最後に、ピーク負荷ガスを用いて運転するために準備されている、燃料電池装置中に既に存在する触媒設備をスタンバイガスの製造に使用することができることである。
【００２２】
本発明の有利な実施態様の一つによれば、可燃性ガスを空気または他の酸素含有ガスと混合して第一の混合物とする手段を装備しておりそして触媒設備が、第一の混合物が所定の第一の温度のもとで供給通過される第一の触媒を含有しており、その通過の際に第一のガス混合物の酸素成分を二酸化炭素および水蒸気に転化しながら第二のガス混合物を得そして触媒設備が、第二のガス混合物が所定の第二の温度のもとで供給通過される第二の触媒を含有し、その通過の際にそのガス混合物中に含まれる水蒸気およびより高級な炭化水素の成分をメタンおよび水素に転化しながらスタンバイガスを得、そしてその際に第二のガス混合物の第二の触媒中での転化反応を高温で吸熱的に行う。
【００２３】
本発明の有利な別の実施態様によれば、空気および酸素含有ガスが化学量論的に不足する量で供給され、その結果、得られるスタンバイガス中に可燃性ガスの成分が含まれていない。
【００２４】
本発明の有利な実施態様の一つによれば、第一の触媒にピーク負荷ガスを可燃性ガスに接触的に転化するために供給する。
【００２５】
本発明の別の有利な一つの実施態様によれば、第二の触媒に可燃焼性ガスをスタンバイガスに接触的に転化するために供給する。
【００２６】
更に別の有利な実施態様の一つによれば、第一のガス混合物を転化するための第一の触媒として慣用の燃焼触媒を使用する。
【００２７】
また、本発明の有利な一つの実施態様によれば、第二のガス混合物を転化するために第二の触媒として慣用の燃料触媒を使用する。
【実施例】
【００２８】
次に本発明の装置および方法の実施例を図面を用いて更に説明する。
【００２９】
図面は、本発明の方法も本発明の装置も燃料電池装置のためにスタンバイガスを調製するのに有効である、本発明の一つの実施例に従う燃料電池装置のブロック線図である。
【００３０】
図面において記号（１）は１つまたは複数の燃料電池（２）を含む燃料電池装置、特に溶融炭酸塩燃料電池装置を意味する。燃料電池（２）は図面に特別に記載されていないそれぞれアノードおよびカソードを含有している。更に燃料電池装置（１）は可燃性ガスをアノードおよびカソード入口（４）に供給するために可燃性ガス導入口（３）を有している。触媒設備（７，８）は可燃性ガスを接触的に調製するために装備されている。触媒設備（７，８）はピーク負荷ガスから可燃性ガスを接触的に生成するためにも役立ち得る。
【００３１】
手段（５）は可燃性ガスを空気または他の酸素含有ガスと混合して第一の混合物を生成するために装備されている。
【００３２】
記載した実施例においては触媒設備（７，８）は、第一の混合物が所定の第一の温度のもとで供給通過される第一の触媒（７）を含有している。この第一の触媒（７）において第一のガス混合物が二酸化炭素および水蒸気に転化されながら第二のガス混合物が得られる。触媒設備（７，８）は、第二の触媒（８）を含有しており、それを貫通して第二のガス混合物が所定の第二の温度のもとで供給される。第二の触媒（８）においてはガス混合物に含まれる水蒸気およびより高級な炭化水素の成分をメタンおよび水素に転化しながらスタンバイガスが得られる。
【００３３】
第二の触媒（８）中での第二のガス混合物の転化は吸熱的に高温で行われる。
【００３４】
空気および酸素含有ガスは化学量論的に不足する量で供給されるので、結果として得られるスタンバイガスは可燃性ガスを含有していない。
【００３５】
ここに記載した実施例の場合には、可燃性ガスに接触的に転化するために第一の触媒（７）にピーク負荷ガスを供給する。スタンバイガスを製造するために可燃性ガスへのピーク負荷ガスの接触的転化は反応式
１０Ｃ3Ｈ8＋８５ＣＨ4＋５Ｏ2＝９Ｃ3Ｈ8＋８５ＣＨ4＋３ＣＯ2＋４Ｈ2Ｏ
に相応して行う。
【００３６】
スタンバイガスへの可燃性ガスの接触的転化は反応式
１２ＣＨ4＋２０Ｏ2＋８０Ｎ2＝８０Ｎ2＋１０ＣＯ2＋２ＣＨ4＋２０Ｈ2Ｏ
に相応して行う。
【００３７】
第一のガス混合物を転化するための第一の触媒（７）としては慣用の燃焼用触媒を使用できる。同様に、第二のガス混合物を転化するための第二の触媒（８）としては慣用の燃焼用触媒を使用できる。
【００３８】
こうして製造されるスタンバイガスは燃料電池装置（１）の可燃性ガス入口（３）の所でアノード側に供給される。
【００３９】
燃料電池装置（１）は運転停止中にスタンバイガスを供給することによって作動温度に維持される。
【００４０】
スタンバイガスを生成する可燃性ガスとしては液体ガスが使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は本発明の方法の一実施例に従う燃料電池装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・燃料電池装置
２・・・燃料電池
３・・・可燃焼性ガス導入口
４・・・カソード入口
５・・・混合手段
７、８・・・触媒設備
【図１】
2004531023.tif 000003
【国際公開パンフレット】
2004531023.tif 000004
2004531023.tif 000005
2004531023.tif 000006
2004531023.tif 000007
2004531023.tif 000008
2004531023.tif 000009
2004531023.tif 000010
2004531023.tif 000011
2004531023.tif 000012
2004531023.tif 000013
2004531023.tif 000014
2004531023.tif 000015
2004531023.tif 000016
2004531023.tif 000017
2004531023.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004531023.tif 000019
2004531023.tif 000020
【国際調査報告】
2004531023.tif 000021
2004531023.tif 000022
2004531023.tif 000023
2004531023.tif 000024
2004531023.tif 000025
2004531023.tif 000026