(57)【要約】【課題】炭化水素系燃料を確実に改質し改質ガスによりアノードの酸化劣化を防止可能な間接内部改質型ＳＯＦＣの停止方法を提供する。【解決手段】改質器、ＳＯＦＣ、ＳＯＦＣのアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域、並びに改質器、ＳＯＦＣ及び燃焼領域を収容する筐体を有する間接内部改質型ＳＯＦＣの停止方法であって、アノード温度が定常かつ酸化劣化点未満で、改質器で燃料が改質されアノードに供給するのに適した組成の改質ガスが生成し、かつその生成量がアノード温度が酸化劣化点以上の温度にある場合においてアノード酸化劣化を防止するために必要最小限な流量以上である状態で改質器に供給される燃料流量をＦＥ、停止方法開始時点で改質器に供給していた燃料流量をＦＳとしたとき、改質器に供給する燃料の流量をＦＳからＦＥにする工程及びアノード温度が酸化劣化点を下回ったら改質器への燃料供給を停止する工程を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料を改質して改質ガスを製造する、改質触媒層を有する改質器と、
該改質ガスを用いて発電を行う固体酸化物形燃料電池と、
該固体酸化物燃料電池から排出されるアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域と、
該改質器、固体酸化物形燃料電池および燃焼領域を収容する筐体と、を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池の停止方法であって、
次の条件ｉからｉｖ、
ｉ）該固体酸化物燃料電池のアノード温度が定常であり、
ｉｉ）該アノード温度が酸化劣化点未満であり、
ｉｉｉ）改質器において、炭化水素系燃料が改質され、アノードに供給するのに適した組成の改質ガスが生成しており、
ｉｖ）前記改質ガスの生成量が、該固体酸化物燃料電池のアノード温度が酸化劣化点以上の温度にある場合においてアノードの酸化劣化を防止するために必要最小限な流量以上である、
が全て満たされる状態において改質器に供給される炭化水素系燃料の流量をＦＥと表し、
該停止方法開始時点で改質器に供給していた炭化水素系燃料の流量をＦＳと表したとき、
ａ）改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をＦＳからＦＥにする工程、および
ｂ）アノード温度が酸化劣化点を下回ったら、該改質器への炭化水素系燃料の供給を停止する工程
を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池の停止方法。
【請求項２】
前記炭化水素系燃料が、炭素数が２以上の炭化水素系燃料を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記改質ガス中の、炭素数２以上の化合物の濃度が、質量基準で５０ｐｐｂ以下である請求項２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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の停止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物電解質形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ。以下場合によりＳＯＦＣという。）システムには、通常、灯油や都市ガスなどの炭化水素系燃料を改質して水素含有ガスとして改質ガスを発生させるための改質器と、改質ガスと空気を電気化学的に発電反応させるためのＳＯＦＣが含まれる。
【０００３】
ＳＯＦＣは通常、５５０〜１０００℃の高温で作動させる。
【０００４】
改質には水蒸気改質（ＳＲ）、部分酸化改質（ＰＯＸ）、自己熱改質（ＡＴＲ）など種々の反応が利用されるが、改質触媒を用いるためには、触媒活性が発現する温度に加熱する必要がある。
【０００５】
水蒸気改質は非常に大きな吸熱反応であり、また、反応温度が５５０〜７５０℃と比較的高く、高温の熱源を必要とする。そのため、ＳＯＦＣの近傍に改質器（内部改質器）を設置し、ＳＯＦＣからの輻射熱やＳＯＦＣのアノードオフガス（アノードから排出されるガス）の燃焼熱を熱源として改質器を加熱する間接内部改質型ＳＯＦＣが知られている（特許文献１）。
【０００６】
また、発電停止の際に、燃料電池に水、および水素または炭化水素系燃料の流量を減少させながら供給することにより、燃料極層側を還元状態に保持しつつ、スタック温度を低下させる燃料電池の運転停止方法が特許文献２に開示される。
【特許文献１】特開２００４−３１９４２０号公報
【特許文献２】特開２００６−２９４５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２記載の方法を利用すれば、燃料電池の停止時にアノードを還元雰囲気に保持することができ、アノードの酸化劣化を防止することができると考えられる。
【０００８】
しかし、特許文献２記載の方法では、炭化水素系燃料を改質して得られる水素含有ガスを用いてＳＯＦＣアノードを還元状態に保持する場合に、確実な改質が担保されていない。つまり、未改質の炭化水素系燃料が改質器から排出され、アノードに流入するおそれがある。
【０００９】
特に、灯油のような高次炭化水素を用いる場合、改質器から高次炭化水素がリークしてＳＯＦＣに流入すると、炭素析出によってＳＯＦＣの性能が劣化することがある。
【００１０】
本発明の目的は、炭化水素系燃料を確実に改質するとともに、改質ガスによってアノードの酸化劣化を防止することのできる間接内部改質型ＳＯＦＣの停止方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明により、炭化水素系燃料を改質して改質ガスを製造する、改質触媒層を有する改質器と、
該改質ガスを用いて発電を行う固体酸化物形燃料電池と、
該固体酸化物燃料電池から排出されるアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域と、
該改質器、固体酸化物形燃料電池および燃焼領域を収容する筐体と、を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池の停止方法であって、
次の条件ｉからｉｖ、
ｉ）該固体酸化物燃料電池のアノード温度が定常であり、
ｉｉ）該アノード温度が酸化劣化点未満であり、
ｉｉｉ）改質器において、炭化水素系燃料が改質され、アノードに供給するのに適した組成の改質ガスが生成しており、
ｉｖ）前記改質ガスの生成量が、該固体酸化物燃料電池のアノード温度が酸化劣化点以上の温度にある場合においてアノードの酸化劣化を防止するために必要最小限な流量以上である、
が全て満たされる状態において改質器に供給される炭化水素系燃料の流量をＦＥと表し、
該停止方法開始時点で改質器に供給していた炭化水素系燃料の流量をＦＳと表したとき、
ａ）改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をＦＳからＦＥにする工程、および
ｂ）アノード温度が酸化劣化点を下回ったら、該改質器への炭化水素系燃料の供給を停止する工程
を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池の停止方法が提供される。
【００１２】
前記炭化水素系燃料が、炭素数が２以上の炭化水素系燃料を含む場合に、本発明は特に有効である。
【００１３】
この場合、前記改質ガス中の、炭素数２以上の化合物の濃度が、質量基準で５０ｐｐｂ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、炭化水素系燃料を確実に改質するとともに、改質ガスによってアノードの酸化劣化を防止することのできる間接内部改質型ＳＯＦＣの停止方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の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。
【００１６】
〔間接内部改質型ＳＯＦＣ〕
図１に、本発明を実施することのできる間接内部改質型ＳＯＦＣの一形態を模式的に示す。
【００１７】
間接内部改質型ＳＯＦＣは、炭化水素系燃料を改質して改質ガス（水素含有ガス）を製造する改質器３を有する。改質器は、改質触媒層４を有する。
【００１８】
間接内部改質型ＳＯＦＣは、上記改質ガスを用いて発電を行うＳＯＦＣ６を有し、また、ＳＯＦＣ（特にはそのアノード）から排出されるアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域５を有する。
【００１９】
間接内部改質型ＳＯＦＣは、改質器、固体酸化物形燃料電池および燃焼領域を収容する筐体８を有する。
【００２０】
間接内部改質型ＳＯＦＣは、筐体（モジュール容器）８およびその内部に含まれる設備をいう。
【００２１】
図１に示した形態の間接内部改質型ＳＯＦＣでは、アノードオフガスに着火するための着火手段であるイグナイター７が設けられており、また、改質器は電気ヒータ９を備える。
【００２２】
各供給ガスは必要に応じて適宜予熱されたうえで改質器もしくはＳＯＦＣに供給される。
【００２３】
間接内部改質型ＳＯＦＣには、電気ヒータ２を備える水気化器１が接続され、その接続配管の途中に炭化水素系燃料を改質器に供給するための配管が接続される。水気化器１は電気ヒータ２による加熱によって水蒸気を発生する。水蒸気は水気化器においてもしくはその下流において適宜スーパーヒートしたうえで改質触媒層に供給することができる。
【００２４】
また空気も改質触媒層に供給されるが、ここでは、空気を水気化器で予熱したうえで改質触媒層に供給できるようになっている。水気化器からは、水蒸気を得ることができ、また空気と水蒸気との混合ガスを得ることができる。
【００２５】
水蒸気または空気と水蒸気との混合ガスは、炭化水素系燃料と混合されて改質器３、特にはその改質触媒層４に供給される。炭化水素系燃料として灯油等の液体燃料を用いる場合は、炭化水素系燃料を適宜気化したうえで改質触媒層に供給することができる。
【００２６】
改質器から得られる改質ガスがＳＯＦＣ６、特にはそのアノードに供給される。図示しないが、空気が適宜予熱されてＳＯＦＣのカソードに供給される。
【００２７】
アノードオフガス（アノードから排出されるガス）中の可燃分がＳＯＦＣ出口において、カソードオフガス（カソードから排出されるガス）中の酸素によって燃焼される。このために、イグナイター７を用いて着火することができる。アノード、カソードともその出口がモジュール容器８内に開口している。燃焼ガスは、モジュール容器から適宜排出される。
【００２８】
改質器とＳＯＦＣが一つのモジュール容器に収容されモジュール化される。改質器はＳＯＦＣから受熱可能な位置に配される。例えば改質器をＳＯＦＣからの熱輻射を受ける位置に配置すれば、発電時にＳＯＦＣからの熱輻射によって改質器が加熱される。
【００２９】
間接内部改質型ＳＯＦＣにおいて、改質器は、ＳＯＦＣから改質器の外表面へと直接輻射伝熱可能な位置に配することが好ましい。従って改質器とＳＯＦＣとの間には実質的に遮蔽物は配置しないこと、つまり改質器とＳＯＦＣとの間は空隙にすることが好ましい。また、改質器とＳＯＦＣとの距離は極力短くすることが好ましい。
【００３０】
燃焼領域５において発生するアノードオフガスの燃焼熱によって、改質器３が加熱される。また、ＳＯＦＣが改質器より高温である場合には、ＳＯＦＣからの輻射熱によっても改質器が加熱される。
【００３１】
さらに、改質による発熱によって改質器が加熱される場合もある。改質が部分酸化改質である場合、あるいは自己熱改質（オートサーマルリフォーミング）の場合であって水蒸気改質反応による吸熱より部分酸化改質反応による発熱の方が大きい場合、改質に伴って発熱する。
【００３２】
〔改質停止可能状態〕
本明細書において、次の条件ｉ〜ｉｖの全てが満たされている状態を改質停止可能状態と呼ぶ。
ｉ）ＳＯＦＣのアノード温度が定常である。
ｉｉ）前記アノード温度が酸化劣化点未満である。
ｉｉｉ）改質器においてアノードに供給するのに適した組成の改質ガスが生成している。
ｉｖ）この改質ガスの生成量が、ＳＯＦＣのアノード温度が酸化劣化点以上の温度にある場合においてアノードの酸化劣化を防止するために必要最小限な流量以上である。
【００３３】
＜条件ｉおよびｉｉ＞
アノード温度は、アノード電極の温度を意味するが、アノード電極の温度を物理的に直接測定することが困難な場合には、アノード近傍のセパレータなどのスタック構成部材の温度とすることができる。アノード温度の測定位置は、安全制御の観点から相対的に温度が高くなる箇所、より好ましくは最も温度が高くなる箇所を採用することが好ましい。温度が高くなる位置は、予備実験やシミュレーションにより知ることができる。
【００３４】
酸化劣化点は、アノードが酸化劣化する温度で、例えば、アノード材料の電気伝導度を還元性、または、酸化性ガス雰囲気下で温度を変えて直流４端子法で測定し、酸化性ガス雰囲気下での電気伝導度が還元性ガス雰囲気下での値より低くなる最低温度を酸化劣化点とすることができる。
【００３５】
＜条件ｉｉｉ＞
条件ｉｉｉは、改質器において炭化水素系燃料が改質されており、アノードに供給するのに適した組成の改質ガスが得られている状態であることを意味している。例えば、炭化水素系燃料が炭素数２以上の炭化水素系燃料を含む場合、改質ガスが還元性であるとともに、改質ガス中のＣ２＋成分（炭素数２以上の化合物）が炭素析出による流路閉塞やアノード劣化に対して問題にならない濃度以下である状態であることを意味している。このときのＣ２＋成分の濃度は、改質ガス中の質量分率として５０ｐｐｂ以下が好ましい。
【００３６】
＜条件ｉｖ＞
アノードの酸化劣化を防止するために必要最小限の改質ガス流量は、カソードオフガスのアノード出口からアノード内部への拡散によりアノード電極が酸化劣化しない流量のうち最も小さい流量である。この改質ガス流量は、アノード温度を酸化劣化点以上に保持した状態で、改質ガス流量を変えて実験やシミュレーションを行い、予め知っておくことができる。アノード酸化劣化は、例えば、実験でアノード電極の電気伝導度を測定し、酸化劣化していないアノード電極との比較により判断することができる。あるいは、移流拡散項を含む方程式を用いたシミュレーションによりアノードのガス組成分圧を計算し、アノード電極の酸化反応における平衡分圧との比較により判断することができる。例えば、アノード電極材料がＮｉの場合、次式で表されるアノード電極酸化反応における酸素の平衡分圧は１．２×１０-14ａｔｍ（１．２×１０-9Ｐａ）であり、この値よりアノードの酸素分圧の計算値が小さければ、アノード電極が酸化劣化しないと判断することができる。
【００３７】
【化１】
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【００３８】
アノードの酸化劣化を防止するためにＳＯＦＣに供給する改質ガス流量（改質器で生成する改質ガスの量）は、改質ガスがＳＯＦＣを通過してアノードから排出された段階で燃焼可能であるような流量であるのが好ましい。燃焼可能な改質ガス流量のうち最も小さい流量が上記必要最小限の改質ガス流量より大きい場合、燃焼可能な改質ガス流量のうち最も小さい流量を、条件ｉｖでいう「必要最小限の流量以上」の改質ガス流量とすることができる。燃焼可否は、例えば、燃焼ガス排出ライン中のガスを実験でサンプリングし組成分析を行う、あるいはシミュレーションで計算することで判断できる。
【００３９】
改質停止可能状態において改質器（特には改質触媒層）に供給される炭化水素系燃料の流量をＦＥと表す。
【００４０】
ＦＥは、予め、実験もしくはシミュレーションによって求めることができる。改質器に供給する水蒸気改質または自己熱改質用の水（スチームを含む）流量、自己熱改質または部分酸化改質用の空気流量、カソード空気流量、バーナーに供給する燃料および空気流量、熱交換器に供給する水や空気などの流体の流量などの、間接内部改質型ＳＯＦＣに供給する流体の流量；ならびに改質器、水や液体燃料の蒸発器、ＳＯＦＣ、流体の供給配管などを加熱するための電気ヒータ出力、熱電変換モジュールなどから取り出される電気入力等の間接内部改質型ＳＯＦＣへの電気入出力を変化させて、すなわち間接内部改質型ＳＯＦＣの操作条件を変化させて、実験もしくはシミュレーションを行い、定常的に条件ｉ〜ｉｖを満たすＦＥを探索することによって、ＦＥを知ることができる。ＦＥは条件ｉ〜ｉｖを満たす限り任意の値でよいが、熱効率の観点から最も小さいＦＥを用いるのが好ましい。そのＦＥを含む間接内部改質型ＳＯＦＣの操作条件を改質停止可能状態の操作条件として予め定める。
【００４１】
〔停止方法〕
停止方法開始時点で改質器に供給していた炭化水素系燃料の流量をＦＳと表す。
【００４２】
本発明の停止方法は、次の工程ａおよびｂを有する。
【００４３】
ａ）改質器に供給する炭化水素系燃料の流量をＦＳからＦＥにする。必要に応じ、これにあわせて改質器に供給する水蒸気改質または自己熱改質用の水（スチームを含む）流量、自己熱改質または部分酸化改質用の空気流量、カソード空気流量、バーナーに供給する燃料および空気流量、熱交換器に供給する水や空気などの流体の流量などの、間接内部改質型ＳＯＦＣに供給する流体の流量、改質器および水や液体燃料の蒸発器、セルスタック、流体の供給配管などを加熱するための電気ヒータ出力、熱電変換モジュールなどから取り出される電気入力などの、間接内部改質型ＳＯＦＣへの電気の入出力を、予め定めた改質停止可能状態における操作条件にする。すなわち、予め定めた改質停止可能状態における間接内部改質型ＳＯＦＣの操作条件に設定する。
【００４４】
ｂ）アノード温度が酸化劣化点を下回ったら、改質器への炭化水素系燃料の供給を停止する工程。
【００４５】
間接内部改質型ＳＯＦＣを停止する際、すなわち停止方法を開始する時点で、直ちに工程ａを行うことができる。
【００４６】
工程ａを行った後、工程ｂを行うまでの間、炭化水素系燃料の改質器への供給量は、ＦＥのままとすればよい。
【００４７】
工程ａの後、アノード温度が酸化劣化点を下回ったら、還元性ガスは不要となるので、改質器への炭化水素系燃料の供給を停止することができる。熱効率の観点から、アノード温度が酸化劣化点を下回ったら極力短時間のうちに炭化水素系燃料の改質器への供給を停止することが好ましい。
【００４８】
工程ｂを行うために、熱電対等の温度センサーを用いて、アノード温度を適宜監視する（継続して測定する）ことができる。
【００４９】
アノード温度の監視は、停止方法を開始してすぐに開始することが好ましい。停止方法開始前からこれらの温度監視を行っていれば、停止方法を行う際にも、そのまま温度監視を続ければよい。
【００５０】
本発明の停止方法において、改質器において、水蒸気改質、部分酸化改質およびオートサーマルリフォーミングのうちのいずれのタイプの改質を行ってもよい。
【００５１】
ただし、工程ａを行う際、そして工程ａを行った後工程ｂを行うまでの間、改質停止可能状態において採用される改質タイプと同じタイプの改質を行う。つまり、改質停止可能状態において水蒸気改質が採用されていれば、工程ａを行う際、そして工程ａを行った後工程ｂを行うまでの間、水蒸気改質を行う。
【００５２】
停止方法開始前後で異なるタイプの改質を行っても良い。例えば、停止方法開始前に水蒸気改質を行い、停止方法を開始してからはオートサーマルリフォーミングを行う、あるいはその逆を行うことができる。また、停止方法開始前に水蒸気改質を行い、停止方法を開始してからは部分酸化改質を行う、あるいはその逆を行うことができる。
【００５３】
前記改質触媒層として、水蒸気改質反応を促進可能な改質触媒層を用い、工程ａを行った後工程ｂを行うまでの間、つまり流量ＦＥの炭化水素系燃料を改質する際に、水蒸気改質を行うことが好ましい。水蒸気改質は大きな吸熱を伴うため、より速く改質器を降温することが可能だからである。
【００５４】
なお、水蒸気改質反応を行う場合、つまり水蒸気改質もしくはオートサーマルリフォーミングを行う場合には、改質触媒層にスチームを供給する。部分酸化改質反応を行う場合、つまり部分酸化改質もしくはオートサーマルリフォーミングを行う場合には、改質触媒層に酸素含有ガスを供給する。酸素含有ガスとしては、酸素を含有するガスを適宜用いることができるが、入手容易性から空気が好ましい。
【００５５】
本発明は、炭化水素系燃料の炭素数が２以上の場合に特に有効である。このような燃料の場合、特に、確実な改質が求められるからである。
【００５６】
〔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。
【００５７】
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。
【００５８】
〔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。
【００５９】
改質器においては、水蒸気改質、部分酸化改質、および、水蒸気改質反応に部分酸化反応が伴うオートサーマルリフォーミングのいずれを行ってもよい。
【００６０】
改質器には、水蒸気改質能を有する水蒸気改質触媒、部分酸化改質能を有する部分酸化改質触媒、部分酸化改質能と水蒸気改質能とを併せ持つ自己熱改質触媒を適宜用いることができる。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
〔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。発電時には、発電に伴いＳＯＦＣが発熱し、その熱がＳＯＦＣから改質器へと、輻射伝熱などにより伝わる。こうしてＳＯＦＣ排熱が改質器を加熱するために利用される。ガスの取り合い等は適宜配管等を用いて行う。
【００６６】
ＳＯＦＣとしては、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。
【００６７】
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スタック（円筒型の場合はバンドルと呼ばれることもあるが、本明細書でいうスタックはバンドルも含む）が好ましく用いられる。この場合、スタックは１つでも複数でもよい。
【００６８】
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。
【００６９】
例えば４００℃程度でアノードの酸化劣化が起きることがある。
【００７０】
〔筐体〕
筐体（モジュール容器）としては、ＳＯＦＣ、改質器および燃焼領域を収容可能な適宜の容器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。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。
【００７１】
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。
【００７２】
〔燃焼領域〕
燃焼領域は、ＳＯＦＣのアノードから排出されるアノードオフガスを燃焼可能な領域である。例えば、アノード出口を筐体内に開放し、アノード出口近傍の空間を燃焼領域とすることができる。酸素含有ガスとして例えばカソードオフガスを用いてこの燃焼を行なうことができる。このために、カソード出口を筐体内に開放することができる。
【００７３】
燃焼用燃料もしくはアノードオフガスを燃焼させるために、イグナイターなどの着火手段を適宜用いることができる。
【００７４】
〔改質触媒〕
改質器で用いる水蒸気改質触媒、部分酸化改質触媒、自己熱改質触媒のいずれも、それぞれ公知の触媒を用いることができる。部分酸化改質触媒の例としては白金系触媒、水蒸気改質触媒の例としてはルテニウム系およびニッケル系、自己熱改質触媒の例としてはロジウム系触媒を挙げることができる。燃焼を促進可能な改質触媒の例としては白金系およびロジウム系触媒を挙げることができる。
【００７５】
部分酸化改質反応が進行可能な温度は例えば２００℃以上、水蒸気改質反応が進行可能な温度は例えば４００℃以上である。
【００７６】
〔改質器の運転条件〕
以下、水蒸気改質、自己熱改質、部分酸化改質のそれぞれにつき、改質器における定格運転時および停止運転時の条件について説明する。
【００７７】
水蒸気改質では、灯油等の改質原料にスチームが添加される。水蒸気改質の反応温度は例えば４００℃〜１０００℃、好ましくは５００℃〜８５０℃、さらに好ましくは５５０℃〜８００℃の範囲で行うことができる。反応系に導入するスチームの量は、炭化水素系燃料に含まれる炭素原子モル数に対する水分子モル数の比（スチーム／カーボン比）として定義され、この値は好ましくは１〜１０、より好ましくは１．５〜７、さらに好ましくは２〜５とされる。炭化水素系燃料が液体の場合、この時の空間速度（ＬＨＳＶ）は炭化水素系燃料の液体状態での流速をＡ（Ｌ／ｈ）、触媒層体積をＢ（Ｌ）とした場合Ａ／Ｂで表すことができ、この値は好ましくは０．０５〜２０ｈ-1、より好ましくは０．１〜１０ｈ-1、さらに好ましくは０．２〜５ｈ-1の範囲で設定される。
【００７８】
自己熱改質ではスチームの他に酸素含有ガスが改質原料に添加される。酸素含有ガスとしては純酸素でも良いが入手容易性から空気が好ましい。水蒸気改質反応に伴う吸熱反応をバランスし、かつ、改質触媒層やＳＯＦＣの温度を保持もしくはこれらを昇温できる発熱量が得られるように酸素含有ガスを添加することができる。酸素含有ガスの添加量は、炭化水素系燃料に含まれる炭素原子モル数に対する酸素分子モル数の比（酸素／カーボン比）として好ましくは０．００５〜１、より好ましくは０．０１〜０．７５、さらに好ましくは０．０２〜０．６とされる。自己熱改質反応の反応温度は例えば４００℃〜１０００℃、好ましくは４５０℃〜８５０℃、さらに好ましくは５００℃〜８００℃の範囲で設定される。炭化水素系燃料が液体の場合、この時の空間速度（ＬＨＳＶ）は、好ましくは０．０５〜２０、より好ましくは０．１〜１０、さらに好ましくは０．２〜５の範囲で選ばれる。反応系に導入するスチームの量は、スチーム／カーボン比として好ましくは１〜１０、より好ましくは１．５〜７、さらに好ましくは２〜５とされる。
【００７９】
部分酸化改質では酸素含有ガスが改質原料に添加される。酸素含有ガスとしては純酸素でも良いが入手容易性から空気が好ましい。反応を進めるための温度を確保するため、熱のロス等において適宜添加量は決定される。その量は、炭化水素系燃料に含まれる炭素原子モル数に対する酸素分子モル数の比（酸素／カーボン比）として好ましくは０．１〜３、より好ましくは０．２〜０．７とされる。部分酸化反応の反応温度は、例えば４５０℃〜１０００℃、好ましくは５００℃〜８５０℃、さらに好ましくは５５０℃〜８００℃の範囲で設定することができる。炭化水素系燃料が液体の場合、この時の空間速度（ＬＨＳＶ）は、好ましくは０．１〜３０の範囲で選ばれる。反応系においてすすの発生を抑制するためにスチームを導入することができ、その量は、スチーム／カーボン比として好ましくは０．１〜５、より好ましくは０．１〜３、さらに好ましくは１〜２とされる。
【００８０】
〔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（改質原料）や燃焼用燃料の貯蔵手段、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、燃料中の硫黄分濃度を低減する脱硫器などである。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、例えば定置用もしくは移動体用の発電装置やコージェネレーションシステムに利用される間接内部改質型ＳＯＦＣに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明を適用することのできる間接内部改質型ＳＯＦＣの概要を示す模式図である。
【図２】本発明の方法を説明するための、時間に対する炭化水素系燃料流量の関係を示す概念的グラフである。
【符号の説明】
【００８３】
１  水気化器
２  水気化器に付設された電気ヒータ
３  改質器
４  改質触媒層
５  燃焼領域
６  ＳＯＦＣ
７  イグナイター
８  筐体（モジュール容器）
９  改質器に付設された電気ヒータ
【図１】
2009176660.tif 000004
【図２】
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