(57)【要約】【課題】改質器の温度を安定にかつ適切に維持することのできる間接内部改質型ＳＯＦＣシステムの運転方法を提供する。【解決手段】炭化水素系燃料から改質ガスを製造する、改質触媒層を備える改質器と、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から出るアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域と、を有し、改質器が燃焼領域で発生する燃焼熱を受熱可能な位置に配された間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法であって、固体酸化物形燃料電池の発電出力値を変化させることにより、改質触媒層の温度を制御する工程を有する。【選択図】図１
2009266541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料から改質ガスを製造する、改質触媒層を備える改質器と、
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から出るアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域と、
を有し、
改質器が燃焼領域で発生する燃焼熱を受熱可能な位置に配された間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法であって、
固体酸化物形燃料電池の発電出力値を変化させることにより、改質触媒層の温度を制御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システムの運転方法。
【請求項２】
炭化水素系燃料から改質ガスを製造する、改質触媒層を備える改質器と、
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から出るアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域と、
を有し、改質器が燃焼領域で発生する燃焼熱を受熱可能な位置に配された間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法であって、
固体酸化物形燃料電池の発電出力値を一定値にすることが予定されている場合に、
改質触媒層の温度が改質に必要な下限温度を下回った際に、固体酸化物形燃料電池の発電出力値を、前記一定値より低い値にすることにより、改質触媒層の温度を上昇させる工程
を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【請求項３】
炭化水素系燃料から改質ガスを製造する、改質触媒層を備える改質器と、
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から出るアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域と、
を有し、改質器が燃焼領域で発生する燃焼熱を受熱可能な位置に配された間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法であって、
固体酸化物形燃料電池の発電出力値を時間とともに増加させることが予定されている場合に、
改質触媒層の温度が改質に必要な下限温度を下回った際に、固体酸化物形燃料電池の発電出力値を、改質触媒層の温度が改質に必要な下限温度を下回った際の発電出力値に保つか、または改質触媒層の温度が改質に必要な下限温度を下回った際の発電出力値より低い値にすることにより、改質触媒層の温度を上昇させる工程
を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【請求項４】
前記改質触媒層の温度を上昇させる工程によって、改質触媒層の温度が、前記下限温度に予め定めた余裕温度を加えた温度以上となった際に、固体酸化物形燃料電池の発電出力値を増加させる工程
を含む請求項２または３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を備える、間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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（特許文献１参照）。また、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の筐体（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２参照）。
【０００４】
さて、ＳＯＦＣに限らず燃料電池では負荷追従運転を行なうことがある。つまり、需要家の電力要求値に応じて発電出力値を変更することがある。このため要求された電力値に対して燃料電池の出力を制御する方法について検討されている（特許文献３および４参照）。
【０００５】
特許文献３には、改質用原料を改質して水素を主成分とする燃料ガスを生成する燃料処理装置と、前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、燃料電池の発電量を計測する発電量計測手段計と、前記発電量を増加する際、発電量計測手段により計測される発電量に応じて発電量増加速度を制御する制御部とを備える燃料電池発電システムが記載される。この技術は、低負荷運転から高負荷運転への切換え時や起動時の安定性を向上させると共に、切換え時間や起動時間を短縮できる燃料電池による発電方法を提供することを目的としている。
【０００６】
特許文献４には、要求電力値に応じて暫定電流値又は暫定電圧値を算出し、そしてかかる暫定電流値又は暫定電圧値に設定した後にかかる実効電力値が要求電力値に充分適切に対応しているか否かを判別し、充分適切に対応していない場合には暫定電流値又は暫定電圧値を適宜に増大或いは減少せしめる、収束型要求電力追従方式に従って発電を制御することが記載される。この技術は、発電・燃焼室内の温度を実質上一定に維持するための加熱手段を配設することなく、従って初期設備コスト及び運転コストを徒に増大せしめることなく、要求電力値に応じて燃料ガス供給量及び酸素ガス供給量を充分適切に制御して発電を制御することができる燃料電池システムを提供することを目的としている。
【特許文献１】特開２００２−３５８９９７号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９４２０号公報
【特許文献３】特開２００３−２２３９１１号公報
【特許文献４】特開２００５−２８５４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
間接内部改質型ＳＯＦＣシステムにおいて、需要家の要求電力値に応じて発電出力値を増加させる場合、瞬時に発電量を大きく増加させると、燃焼領域で燃焼する燃焼量が減少し、燃焼領域で発生する燃焼熱が小さくなり、それによって改質器の温度が急速に低下することがある。改質器の温度が低下すると、改質器が燃料の改質に必要な温度を維持できず、それによって未改質の燃料がセル内に突入し、セルに悪影響を及ぼす懸念がある。
【０００８】
この懸念に対し、発電出力値の増加と同時に燃料投入量を増加させ、改質量を増加させることで対処しようとしても、例えば吸熱反応が主である水蒸気改質や自己熱改質の場合、燃焼領域における燃焼量の増加により改質器の温度が回復する前に、その改質量の増加が改質器温度の低下を一時的に加速させてしまい、本来維持したい改質器温度を下回る場合がある。一方で発熱反応が主である部分酸化改質を用いた系の場合は改質触媒における燃焼量の増加より、局所的に著しく改質器温度が高くなる場合がある。
【０００９】
また、ＳＯＦＣの発電出力値を増加させる場合だけでなく、発電出力値を一定にして運転を継続する際にも、何らかの原因で改質器の温度が低下することが考えられる。このような場合にも、未改質燃料がＳＯＦＣの内部に流入することを避けること、あるいは、改質器温度が局所的に著しく高まることを避けることが望まれる。
【００１０】
本発明の目的は、改質器の温度を安定にかつ適切に維持することのできる間接内部改質型ＳＯＦＣシステムの運転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、次の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法が提供される。
【００１２】
１）炭化水素系燃料から改質ガスを製造する、改質触媒層を備える改質器と、
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から出るアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域と、
を有し、
改質器が燃焼領域で発生する燃焼熱を受熱可能な位置に配された間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法であって、
固体酸化物形燃料電池の発電出力値を変化させることにより、改質触媒層の温度を制御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システムの運転方法。
【００１３】
２）炭化水素系燃料から改質ガスを製造する、改質触媒層を備える改質器と、
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から出るアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域と、
を有し、改質器が燃焼領域で発生する燃焼熱を受熱可能な位置に配された間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法であって、
固体酸化物形燃料電池の発電出力値を一定値にすることが予定されている場合に、
改質触媒層の温度が改質に必要な下限温度を下回った際に、固体酸化物形燃料電池の発電出力値を、前記一定値より低い値にすることにより、改質触媒層の温度を上昇させる工程
を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【００１４】
３）炭化水素系燃料から改質ガスを製造する、改質触媒層を備える改質器と、
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から出るアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域と、
を有し、改質器が燃焼領域で発生する燃焼熱を受熱可能な位置に配された間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法であって、
固体酸化物形燃料電池の発電出力値を時間とともに増加させることが予定されている場合に、
改質触媒層の温度が改質に必要な下限温度を下回った際に、固体酸化物形燃料電池の発電出力値を、改質触媒層の温度が改質に必要な下限温度を下回った際の発電出力値に保つか、または改質触媒層の温度が改質に必要な下限温度を下回った際の発電出力値より低い値にすることにより、改質触媒層の温度を上昇させる工程
を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【００１５】
４）前記改質触媒層の温度を上昇させる工程によって、改質触媒層の温度が、前記下限温度に予め定めた余裕温度を加えた温度以上となった際に、固体酸化物形燃料電池の発電出力値を増加させる工程
を含む２）または３）記載の方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、改質器の温度を安定にかつ適切に維持することのできる間接内部改質型ＳＯＦＣシステムの運転方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
〔間接内部改質型ＳＯＦＣ〕
図１に、本発明の間接内部改質型ＳＯＦＣシステムの一形態を模式的に示す。
【００１９】
間接内部改質型ＳＯＦＣは、炭化水素系燃料から改質ガスを製造する改質器２を有する。改質器は、改質触媒層７を収容する。また、間接内部改質型ＳＯＦＣは、改質器２で得られる改質ガスを用いて発電するＳＯＦＣ３を有し、そしてＳＯＦＣ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４を有する。これら改質器、ＳＯＦＣおよび燃焼領域は筐体１に収容される。改質器は燃焼領域で発生する燃焼熱を受熱可能な位置に配される。
【００２０】
炭化水素系燃料が改質器に供給される。このとき、必要に応じて酸素含有ガス（空気など）や水蒸気も改質器に供給される。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。アノードから排出されるアノードオフガスは、燃焼領域で燃焼可能である。
【００２１】
一方、間接内部改質型ＳＯＦＣシステムとは別に、外部電力需要サイト６が存在する。ここにＳＯＦＣに対する電力要求値すなわち需要電力を検知する外部需要電力検知手段１０が設けられる。なお、ここでいう外部とは固体酸化物形燃料電池システムに対して外部という意味である。
【００２２】
また、固体酸化物形燃料電池システム１２の内部には、ブロワー等の補機などを収納した補機室が適宜備えられる。外部電力需要サイトとは別に、補機にも電力需要が存在し、それを検知する内部需要電力検知手段１１が設けられる。ここでいう内部とは固体酸化物形燃料電池システム内部という意味である。
【００２３】
改質器には、改質触媒層の温度を検知する改質触媒層温度検知手段９が設けられる。この改質触媒層温度検知手段は単数でも複数でも良い。この温度検知手段としては、改質触媒層の温度を検知できる、熱電対などの公知のセンサーを適宜用いることができる。
【００２４】
制御対象とする改質触媒層温度として、例えば、改質触媒層の最高温度を採用することができる。このために、改質触媒層にガス流通方向に沿って複数の温度検知手段を設け、これらによって測定された複数の温度のうちの最高温度を制御対象とすることができる。
【００２５】
ＳＯＦＣには、ＳＯＦＣが発電している電力量（発電出力値）を検知するＳＯＦＣ発電出力値検知手段８が設けられる。
【００２６】
検知された需要電力、改質触媒層温度および発電出力値は、いずれも信号としてＳＯＦＣ出力制御手段５に送られる。ＳＯＦＣ出力制御手段５は、これら信号を利用してＳＯＦＣの発電出力を制御する。ＳＯＦＣ出力制御手段としては、制御用コンピュータやシーケンサ、インバータなど、間接内部改質型ＳＯＦＣもしくはＳＯＦＣシステムにおいて制御に用いられる公知の制御手段を適宜用いることができる。
【００２７】
本発明においては、ＳＯＦＣの発電出力値を変化させることにより、改質触媒層の温度を制御する。これによって改質器の温度を安定にかつ適切に維持することが可能となる。発電出力値を変化させるために、ＳＯＦＣの掃引電流を操作することができる。ＳＯＦＣの電圧を検知すれば、その電圧と掃引電流とから発電出力値を算出することができる。
【００２８】
より具体的には、次の二つの形態を挙げることができる。
【００２９】
〔第一の形態〕
この形態は、ＳＯＦＣの発電出力値（Ｐ）を一定値（ＰC）にすることが予定されている場合に関する。この形態では、改質触媒層の温度（Ｔ）が、燃料種や空間速度等の改質条件によって決定される改質に必要な下限温度（ＴL）を下回った際に、固体酸化物形燃料電池の発電出力値（Ｐ）を、前記一定値（ＰC）より低い値にすることにより、改質触媒層の温度を上昇させる工程（第一の形態における改質触媒層温度上昇工程）を行なう。
【００３０】
この改質触媒層温度上昇工程によって、改質触媒層の温度（Ｔ）が、前記下限温度（ＴL）に予め定めた余裕温度（ΔＴ、ただしΔＴ＞０）を加えた温度（ＴL＋ΔＴ）以上となった際には、ＳＯＦＣの発電出力値を増加させる工程を行なうことができる。この工程によって、ＳＯＦＣの発電出力値を前記一定値（ＰC）に戻すことができる。
【００３１】
例えば、改質触媒層温度（Ｔ）が下限温度（ＴL）（ここではＴL＝６５０℃とする）、を下回った場合、発電出力値を一定量（ここでは仮に１０％とする）低下させる（つまり発電出力値を０．９ＰCにする）ことができる。その後、改質触媒層温度がＴL＋ΔＴ（ここでは６５５℃とする。すなわちΔＴ＝５℃とする。）以上になったら、発電出力値を元に戻す（つまり前記一定値ＰCにする）ことができる。１０％低下させても改質触媒層温度がＴL＋ΔＴ以上にならなければ更に発電出力値を低下させることができる。この操作は、改質触媒層温度が回復するまで何度でも繰り返すことが出来る。
【００３２】
〔第二の形態〕
この形態は、ＳＯＦＣの発電出力値（Ｐ）を時間とともに増加させることが予定されている場合、即ち、電力需要量が発電出力値よりも高い場合に、発電出力値を増加させる工程に関する。この形態では、改質触媒層の温度（Ｔ）が、改質に必要な下限温度（ＴL）を下回った際に、固体酸化物形燃料電池の発電出力値を、改質触媒層の温度が改質に必要な下限温度を下回った際の発電出力値（Ｐ*）に保つか、またはこの発電出力値Ｐ*より低い値（例えば０．９Ｐ*にする）にすることにより、改質触媒層の温度を上昇させる工程（第二の形態における改質触媒層温度上昇工程）を行なう。
【００３３】
この改質触媒層温度上昇工程によって、改質触媒層の温度（Ｔ）が、前記下限温度（ＴL）に予め定めた余裕温度（ΔＴ）を加えた温度（ＴL＋ΔＴ）以上となった際には、再びＳＯＦＣの発電出力値を増加させる工程を行なうことができる。即ち、改質触媒層温度がＴL＋ΔＴを維持している限りは、電力需要量に応じて発電出力値を増加させることが可能である。
【００３４】
〔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。
【００３５】
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。
【００３６】
改質原料として用いる炭化水素系燃料は、必要に応じて脱硫したうえで改質器に供給することができる。また、炭化水素系燃料が液体である場合には、適宜気化したうえで改質器に供給することができる。
【００３７】
〔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。
【００３８】
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自己熱改質のいずれを行ってもよい。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
〔ＳＯＦＣ〕
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
〔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。
【００４９】
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。
【００５０】
〔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。
【００５１】
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。
【００５２】
〔改質器の配置〕
間接内部改質型ＳＯＦＣでは、改質器がＳＯＦＣから受熱可能な位置に配置する。このために、改質器をＳＯＦＣから熱輻射を受ける位置に配置することができるが、その熱輻射を最も受ける位置に改質器を置くことが熱エネルギーロスの観点から好ましい。
【００５３】
本発明では、改質器が、燃焼領域で発生する燃焼熱を受熱可能な位置に配される。このために、改質器を燃焼領域から熱輻射を受ける位置に配置することができる。このとき、燃焼領域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、燃焼領域と改質器とが、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。改質器と燃焼領域とを、できるだけ近い位置に配することが好ましい。
【００５４】
〔改質触媒〕
改質器で用いることのできる水蒸気改質触媒、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。
【００５５】
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。
【００５６】
〔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の条件について説明する。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
〔他の機器〕
間接内部改質型ＳＯＦＣシステム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】
【００６１】
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システムに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明を適用することのできる間接内部改質型ＳＯＦＣシステムの概要を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６３】
１…筐体
２…改質器
３…固体酸化物形燃料電池
４…燃焼領域
５…固体酸化物形燃料電池出力制御手段
６…外部需要電力サイト
７…改質触媒層
８…固体酸化物形燃料電池発電出力値検知手段
９…改質触媒層温度検知手段
１０…外部需要電力検知手段
１１…内部需要電力検知手段
１２…間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システム
【図１】
2009266541.tif 000003