(57)【要約】【課題】  システム効率の向上を図ることができると共に改質器の小型化を図ることができる燃料発電装置を提供する。【解決手段】  本発明の燃料電池発電装置１００は、改質触媒層を有する改質器２と、ＣＯ変成触媒層を有するＣＯ変成器３と、前記改質触媒層と前記ＣＯ変成触媒層で反応させる水蒸気を前記改質触媒層の上流で原燃料に合流させて前記改質触媒層と前記ＣＯ変成触媒層に順次供給する水蒸気供給系とを備える燃料電池発電装置において、前記ＣＯ変成器３内を通るように設けられ、前記ＣＯ変成器３を加圧水冷却するため冷却水が流れる冷却パイプ３ａと、前記冷却パイプ３ａ内の冷却水の一部を前記ＣＯ変成触媒層に放出するための複数の放出孔３ｂとを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質触媒層を有する改質器と、ＣＯ変成触媒層を有するＣＯ変成器と、前記改質触媒層と前記ＣＯ変成触媒層で反応させる水蒸気を前記改質触媒層の上流で原燃料に合流させて前記改質触媒層と前記ＣＯ変成触媒層に順次供給する水蒸気供給系とを備える燃料電池発電装置において、
前記ＣＯ変成器内を通るように設けられ、前記ＣＯ変成器冷却するための冷却水が流れる冷却構造部と、
前記冷却構造部内の冷却水の一部を前記ＣＯ変成触媒層に放出するための放出孔と、を有することを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記放出孔は、前記放出孔からの冷却水放出量が前記ＣＯ変成器におけるＣＯ変成反応に必要な量以上となるよう大きさと数とが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記放出孔から放出される冷却水量が前記ＣＯ変成器におけるＣＯ変成反応に必要な水蒸気の量と一致するよう前記冷却構造部へ前記冷却水を供給する冷却ポンプをさらに有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記放出孔は、前記冷却水が前記ＣＯ変成触媒層内に均一に放出されるように、冷却水流路の圧力損失を考慮し、大きさと数と位置が前記ＣＯ変成触媒層内に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
電解質で隔てられた燃料極と空気極で別々の電気化学反応させて電子を外部回路に取り出すことにより電気を発生させるりん酸形燃料電池本体をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記冷却構造部内は、加圧されており、前記ＣＯ変成触媒層側はほぼ常圧であり、前記放出孔を通過した冷却水は、断熱膨張により一部蒸発すると共に温度が低下し、前記冷却水及び前記蒸気は、前記ＣＯ変成反応に利用されると共に、前記ＣＯ変成反応による発熱量を吸収し、その冷却で不足する熱量は、前記冷却構造部内を流れる冷却水で冷却され、前記ＣＯ変成触媒層の温度を制御することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
改質触媒層を有する改質器と、ＣＯ変成触媒層を有するＣＯ変成器と、前記改質触媒層と前記ＣＯ変成触媒層で反応させる水蒸気を前記改質触媒層の上流で原燃料に合流させて前記改質触媒層と前記ＣＯ変成触媒層に順次供給する水蒸気供給系とを備える燃料電池発電装置の運転方法において、
前記ＣＯ変成器を加圧水冷却するため冷却水が流れる冷却構造部内の冷却水の一部を前記冷却構造部に設けられた放出孔から前記ＣＯ変成触媒層に放出することを特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
【請求項８】
前記冷却構造部内は、加圧されており、前記ＣＯ変成触媒層側はほぼ常圧であり、前記放出孔を通過した冷却水は、断熱膨張により一部蒸発すると共に温度が低下し、前記冷却水及び前記蒸気は、前記ＣＯ変成反応に利用されると共に、前記ＣＯ変成反応による発熱量を吸収し、その冷却で不足する熱量は、前記冷却構造部内を流れる冷却水で冷却され、前記ＣＯ変成触媒層の温度を制御することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池発電装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電装置及び燃料発電装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子形燃料電池発電装置用の水蒸気改質方式を用いた燃料改質器として、例えば特許文献１に記載されたものが提案されている。特許文献１に記載された多重円筒構造の燃料改質器では、燃焼ガス流路の外側に、水蒸気流路の一部を構成する改質触媒層が配置され、水蒸気流路の外側にＣＯ変成触媒層が配置されている。
【０００３】
しかし、特許文献１に記載された燃料改質器では、炭化水素系燃料等を改質触媒層およびＣＯ変成触媒層で反応させるのに必要な水蒸気が、改質触媒層およびＣＯ変成触媒層の上流で合流され、まず最初に改質触媒層に供給され、次いで、改質触媒層を通過した水蒸気がＣＯ変成触媒層に供給されているため、燃料改質器に供給された水蒸気のうち、改質触媒層における改質触媒反応に寄与しない余分な水蒸気までもが改質触媒層に供給され、燃料改質器全体の圧力損失が上昇してしまうという問題がある。このような問題点を解決するものとして特許文献２に記載のものが提案されている。
【０００４】
この特許文献２に記載の燃料改質器では、改質触媒層と、ＣＯ変成触媒層とを備え、燃料改質器に供給された水蒸気を改質触媒層とＣＯ変成触媒層とに分配するための分配手段を設けることにより、燃料改質器に供給された水蒸気のうち、改質触媒層における改質触媒反応に寄与しない水蒸気までもが改質触媒層に供給されるのに伴って燃料改質器全体の圧力損失が上昇するのを回避している。
【０００５】
また、りん酸形燃料電池発電装置として特許文献３に記載のものが提案されている。この特許文献３に記載の燃料電池発電装置では、燃料電池を冷却するための加圧水を得ると共に改質器に必要な水蒸気を得る水蒸気分離器と、燃料電池から排出されるガスから凝縮水を得る凝縮器とを有し、水蒸気分離器によって得られた水と凝縮器によって得た凝縮水を用いて上記ＣＯ変成器を冷却するようにしている。
【特許文献１】国際公開ＷＯ００／６３１１４号公報
【特許文献２】特開２００５−６３８４７号公報
【特許文献３】特開平６−５２８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３に記載の燃料電池発電装置では、ＣＯ変成器を冷却する冷却水が多量に必要であるため、冷却水用のポンプの消費電力が高く、システムの効率が悪いという問題があった。また、冷却構造部の冷却水の流量を確保するため、冷却構造部の口径の断面積を大きくする必要があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、システム効率の向上を図ると共に小型化な燃料発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、改質触媒層を有する改質器と、ＣＯ変成触媒層を有するＣＯ変成器と、前記改質触媒層と前記ＣＯ変成触媒層で反応させる水蒸気を前記改質触媒層の上流で原燃料に合流させて前記改質触媒層と前記ＣＯ変成触媒層に順次供給する水蒸気供給系とを備える燃料電池発電装置において、前記ＣＯ変成器内を通るように設けられ、前記ＣＯ変成器を冷却するための冷却水が流れる冷却構造部と、前記冷却構造部内の冷却水の一部を前記ＣＯ変成触媒層に放出するための放出孔とを有する。
【０００９】
この構成によれば、冷却構造部内の冷却水の一部をＣＯ変成触媒層に放出するための放出孔を設けることにより、放出孔を通過した冷却水は、断熱膨張により一部蒸発すると共に温度が低下する。この水及び蒸気は、ＣＯ変成反応に利用されると共に、ＣＯ変成反応による発熱量を吸収する効果を持つ。その冷却で不足する熱量は、放出孔から放出されずに冷却構造部内を流れる冷却水で冷却し、ＣＯ変成触媒層温度を一定に制御することができる。
【００１０】
これによって、加圧冷却水量を少なくすることができ、加圧冷却水用ポンプの消費電力を低減し、システムの効率を向上させることが可能となる。冷却構造部内の冷却水の流量が少なくなるため、同じ流速を確保するという前提のもとに冷却構造部の口径も断面積を半分にすることができ、小型のシステムを提供することが出来るとともに、直材のコストダウンも図れる。また、改質器に関しても、投入する水蒸気の流量を減少できるので、所定の反応温度まで上昇させる顕熱を減らすことが可能となり、伝熱面積を減らすことができる。さらに、圧力損失の観点からは、流路断面積を減少させることができる。
【００１１】
前記放出孔は、前記放出孔からの冷却水放出量が前記ＣＯ変成器におけるＣＯ変成反応に必要な量以上となるよう大きさと数とが設定されている。本発明の燃料電池発電装置は、前記放出孔から放出される冷却水量が前記ＣＯ変成器におけるＣＯ変成反応に必要な水蒸気の量と一致するよう前記冷却構造部へ前記冷却水を供給する冷却ポンプをさらに有することを特徴とする。
【００１２】
前記放出孔は、前記冷却水が前記ＣＯ変成触媒層内に均一に放出されるように、冷却水流路の圧力損失を考慮し、大きさと数と位置が前記ＣＯ変成触媒層内に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の燃料電池発電装置は、電解質で隔てられた燃料極と空気極で別々の電気化学反応させて電子を外部回路に取り出すことにより電気を発生させるりん酸形燃料電池本体をさらに有することを特徴とする。この構成によれば、比較的高温動作のりん酸形燃料電池においてもシステム効率の向上を図ることができると共に改質器の小型化を図ることができる。
【００１４】
前記冷却構造部内は、加圧されており、前記ＣＯ変成触媒層側はほぼ常圧であり、前記放出孔を通過した冷却水は、断熱膨張により一部蒸発すると共に温度が低下し、前記冷却水及び前記蒸気は、前記ＣＯ変成反応に利用されると共に、前記ＣＯ変成反応による発熱量を吸収し、その冷却で不足する熱量は、前記冷却構造部内を流れる冷却水で冷却され、前記ＣＯ変成触媒層の温度を制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、改質触媒層を有する改質器と、ＣＯ変成触媒層を有するＣＯ変成器と、前記改質触媒層と前記ＣＯ変成触媒層で反応させる水蒸気を前記改質触媒層の上流で原燃料に合流させて前記改質触媒層と前記ＣＯ変成触媒層に順次供給する水蒸気供給系とを備える燃料電池発電装置の運転方法において、前記ＣＯ変成器を加圧水冷却するため冷却水が流れる冷却構造部内の冷却水の一部を前記冷却構造部に設けられた放出孔から前記ＣＯ変成触媒層に放出することを特徴とする。
【００１６】
前記冷却構造部内は、加圧されており、前記ＣＯ変成触媒層側はほぼ常圧であり、前記放出孔を通過した冷却水は、断熱膨張により一部蒸発すると共に温度が低下し、前記冷却水及び前記蒸気は、前記ＣＯ変成反応に利用されると共に、前記ＣＯ変成反応による発熱量を吸収し、その冷却で不足する熱量は、前記冷却構造部内を流れる冷却水で冷却され、前記ＣＯ変成触媒層の温度を制御することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、システム効率の向上を図ると共に小型化な燃料発電装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係るシステム例として都市ガス燃料のりん酸形燃料電池発電装置を模式的に表した概略構成図である。図１に示すように、燃料電池発電装置１００は、脱硫器１、改質器２、ＣＯ変成器３、燃料電池本体４、燃焼空気ブロア５、バーナ６、気水分離器８、反応空気ブロア９、インバータ１０、電池冷却水ポンプ１１、ＣＯ変成器冷却水ポンプ１２、水蒸気供給系１３を備える。
【００２０】
都市ガスは、まず脱硫器１へと導かれる。脱硫器１は、原燃料である都市ガスを脱硫層に流通して都市ガスの硫黄分を除去する。脱硫器１により硫黄分が除去された都市ガスは、気水分離器８より供給改質用蒸気７と合流した後、改質器２、ＣＯ変成器３へと送り込まれる。改質器２、ＣＯ変成器３において、化学反応により、水素を主成分とするガスとなり、燃料電池本体４へと導かれる。
【００２１】
改質用蒸気７は、従来システムよりも１０ｋｇ／Ｈ少ない流量となっており、従来３５ｋｇ/Ｈのところが２５ｋｇ/Ｈとなっている。
【００２２】
改質器２は、都市ガスなどの炭化水素と気水分離器８から供給される水蒸気を原料として水素リッチなガスである改質ガスを作る改質触媒層を備えている。また、改質器２は、従来の改質器よりも小型な改質器を採用している。この改質ガス中には、ＣＯがかなり多く含まれており、このＣＯは燃料電池本体４への触媒毒となる。そのため、ＣＯ濃度を低くする必要があり、ＣＯ変成器３が設けられている。
【００２３】
ＣＯ変成器３は、改質器２により改質された改質ガス中に含まれる一酸化炭素を水素に変えるＣＯ触媒層を備えている。このＣＯ変成器３は、反応熱の除去のため水冷式となっている。水蒸気供給系１３は、改質触媒層とＣＯ変成触媒層で反応させる水蒸気を改質触媒層の上流で原燃料に合流させて改質触媒層とＣＯ変成触媒層に順次供給する。
【００２４】
ＣＯ変成器３の改質ガスの入口部は、改質器２の出口と、ＣＯ変成器３の改質ガス出口部は、燃料電池本体４の燃料極４ａの入口にそれぞれ接続されている。
冷却パイプ３ａは、ＣＯ変成器３内を通るように設けられ、ＣＯ変成器３を加圧水冷却するため冷却水が流れている。ＣＯ変成器３の冷却パイプ３ａは、ＣＯ変成器冷却水ポンプ１２に接続され、出口部は気水分離器８に接続されている。気水分離器８及びＣＯ変成器冷却水ポンプ１２により循環される加圧水がＣＯ変成器３に導入され、ＣＯ変成触媒で発生した熱が除去され気水分離器８へ導入される。
【００２５】
ＣＯ変成器３は、加圧水冷却を行っている冷却構造部である冷却パイプ３ａに冷却水放出量を考慮した圧力損失を有する放出孔３ｂを複数個配置する。この放出孔３ｂから冷却パイプ３ａ内の冷却水の一部をＣＯ変成触媒層側に放出する。
【００２６】
燃料電池本体４は、りん酸形燃料電池で、電解質で隔てられた燃料極４ａと空気極４ｂで別々の電気化学反応させ、電子を外部回路に取り出すことで電気を発生させる。
【００２７】
インバータ１０は、燃料電池本体４により発電された直流電圧を交流電圧に変換し、負荷へ電力を供給する。燃料電池本体４で消費されずに一部残った水素等の可燃性ガスは、改質器２のバーナ６へと導かれ、燃焼に供され、改質器での化学反応に必要な熱量を与える。燃焼用空気は、燃焼空気ブロア５を介してバーナ６へと導かれる。反応空気ブロア９は、燃料電池本体４で電気化学反応に必要な酸素を送り込む。電池冷却水ポンプ１１は、燃料電池本体４で電気エネルギーに変換されずに、熱エネルギーとなった熱量を電池冷却水を流通させ回収するためのポンプである。ここで、電池冷却水は、２００℃／２ＭＰａ(ａｂｓ)に加圧されている。回収した熱エネルギーは、気水分離器８で加圧冷却水と改質用蒸気に分離される。
【００２８】
ＣＯ変成器冷却水ポンプ１２は、従来の冷却水よりも約半減した２６０ｋｇ/Ｈの流量を流し(４７０ｋｇ/Ｈ⇒２６０ｋｇ/Ｈ)、ＣＯ変成器３での発熱量を回収する。また、ＣＯ変成反応に必要な反応水１０ｋｇ／Ｈを冷却パイプ３ａからＣＯ変成触媒層側に複数の放出孔３ｂを通して押し出す。冷却パイプ３ａは、冷却水量が従来よりも少ないため、口径の小さなパイプとしている。冷却パイプ３ａ内の加圧冷却水は熱を回収した後、再び電池冷却水と合流し、気水分離器８へと導かれる。
【００２９】
次に、ＣＯ変成器３の冷却構造部について詳細に説明する。上述したように、ＣＯ変成器３は、加圧水冷却を行っている冷却パイプ３ａに冷却水放出量を考慮した圧力損失を有する放出孔３ｂが複数個配置されている。この放出孔３ｂからは冷却水の一部がＣＯ変成触媒層側に放出される。この時、放出孔３ｂからの冷却水の放出量は、ＣＯ変成器３でのＣＯ変成反応ＣＯ＋Ｈ2Ｏ⇒ＣＯ2＋Ｈ2に必要な水の量とするのが好ましい。また、放出孔３ｂは、ＣＯ変成反応に必要な反応水がＣＯ変成触媒層側に流出するよう圧力損失を考慮した孔径（大きさ）と数としている。さらに、ＣＯ変成器冷却水ポンプ１２は、放出孔３ｂから放出される冷却水量がＣＯ変成器３におけるＣＯ変成反応に必要な水蒸気の量と一致するよう冷却パイプ３ａへ冷却水を供給するよう制御されている。また、放出孔３ｂは、冷却水がＣＯ変成触媒層内に均一に放出されるように、冷却水流路の圧力損失を考慮し、大きさと数と位置がＣＯ変成触媒層内に配置されている。
【００３０】
また、冷却パイプ３ａを含む冷却水系統は、加圧されており、ＣＯ変成触媒層側は、ほぼ常圧であり、この放出孔３ｂを通過した冷却水は、断熱膨張により一部蒸発すると共に温度が低下する。この水及び蒸気は、ＣＯ変成反応に利用されると共に、ＣＯ変成反応による発熱量を吸収する効果を持つ。その冷却で不足する熱量は、放出孔３ｂから放出されずに冷却パイプ３ａ内を流れる冷却水で冷却し、ＣＯ変成触媒層温度を一定に制御する。また、ＣＯ変成反応に必要な蒸気を改質器２の入口部から導入することを回避することができ、改質器２の触媒層側の圧力損失低減、燃焼側から改質器触媒層側への熱流束の低減が可能となり、改質器２のコンパクト化を実現できる。
【００３１】
次に作用について説明する。従来、りん酸形燃料電池の場合には、例えば、１００％の運転負荷時に、改質器２の入口から改質反応とＣＯ変成反応に必要な水蒸気を３５ｋｇ／Ｈ導入していた。この時、改質反応に必要な水蒸気は２５ｋｇ／Ｈであり、ＣＯ変成反応に必要な水蒸気は１０ｋｇ／Ｈである。また、ＣＯ変成器３のＣＯ変成反応による発熱量は、４３，２００ＫＪ／Ｈである。例えば、ＣＯ変成器３の出口ガス温度を２２０℃に保つために、従来は、２００℃／２ＭＰａ(ａｂｓ)の加圧冷却水を以下の流量をＣＯ変成触媒層に流し、ＣＯ変成器３の出口ガス温度と加圧冷却水出口温度を２２０℃としていた。
・４３，２００［ＫＪ/Ｈ］／(２２０−２００)［℃］／４．６［ＫＪ/ｋｇ℃］≒４７０［ｋｇ/Ｈ］
＊４．６［ＫＪ/ｋｇ℃］：２００℃／２ＭＰａ(ａｂｓ)の加圧水の比熱
【００３２】
本発明により、ＣＯ変成器３の冷却構造体である冷却パイプ３ａに複数の放出孔３ｂを開けることにより、ＣＯ変成反応に必要な１０ｋｇ／Ｈの冷却水を常圧のＣＯ変成触媒層側に流出させると、断熱膨張により、２００℃/２ＭＰａ(ａｂｓ)の加圧水が、１００℃／０．１ＭＰａ(ａｂｓ)となる。
【００３３】
また、この断熱膨張により、蒸発する水の割合は２０％(２ｋｇ／Ｈ)であり、残りの８０％(８ｋｇ／Ｈ)は水として流入する。この流入した水がＣＯ変成触媒層内で蒸発することによって吸収できる熱量は以下のようになる。
・水の蒸発潜熱：８［ｋｇ/Ｈ］×２，２６０［ＫＪ/ｋｇ］＝１８，０８０［ＫＪ／Ｈ］
＊２,２６０［ＫＪ/ｋｇ］：１００℃の水の蒸発潜熱
【００３４】
上記のように、先ず、冷却パイプ３ａから流出した際に断熱膨張により、蒸発する分が２ｋｇ／Ｈで、更に続いて、ＣＯ変成触媒層内で８ｋｇ/Ｈ蒸発するので、水蒸気が吸収できる合計顕熱は以下のようになる。尚、ＣＯ変成器３の出口ガス温度は２２０℃となるのが前提である。
・水蒸気の顕熱  (８＋２) ［ｋｇ/Ｈ］×２．０［ＫＪ/ｋｇ℃］×(２２０−１００)℃＝２，４００［ＫＪ/Ｈ］
＊２．０［ＫＪ/ｋｇ℃］：１００℃の水蒸気の比熱
【００３５】
以上ＣＯ変成触媒層に流入した加圧水が吸収する合計熱量は、１８，０８０［ＫＪ/Ｈ］＋２，４００［ＫＪ/Ｈ］≒２０，５００［ＫＪ/Ｈ］となる。
【００３６】
一方、ＣＯ変成器３で温度を一定に制御するために必要な冷却熱量は、上述のように、４３，２００ＫＪ/Ｈなので、上記値との差分を２００℃の冷却パイプ３ａ内を流れる加圧水で冷却することになる。
・(４３，２００−２０，５００)［ＫＪ/Ｈ］／(２２０−２００)［℃］／４．６［ＫＪ/ｋｇ℃］≒２５０［ｋｇ/Ｈ］
＊４．６［ＫＪ/ｋｇ℃］：２００℃／２ＭＰａ(ａｂｓ)の加圧水の比熱
【００３７】
このように、本発明により、加圧冷却水量は従来の４７０ｋｇ／Ｈから２６０ｋｇ／Ｈ（触媒層流出分１０ｋｇ／Ｈ＋冷却パイプ内２５０ｋｇ／Ｈ）と約半減することができ、加圧冷却水用ポンプの消費電力を低減、システムの効率を向上させることが可能となる。また、流量が半減されることから同じ流速を確保するという前提のもとに冷却パイプ３ａの口径も断面積を半分にすることができ、直材のコストダウンも図れる。
【００３８】
また、改質器２に関しても、投入する２００℃の水蒸気の流量を３５ｋｇ／Ｈから２５ｋｇ／Ｈに減少させられるので、反応温度７００℃まで上昇させる顕熱を１０ｋｇ／Ｈ分減らすことが可能となり、伝熱面積を減らすことができる。
減少できる伝熱量は以下のようになる。
・１０［ｋｇ/Ｈ］×２．１［ＫＪ/ｋｇ℃］×(７００−２００)℃＝10,500［ＫＪ/Ｈ］となる。
＊２．１［ＫＪ/ｋｇ℃］：２００℃の水蒸気の比熱
【００３９】
更に、圧力損失の観点からは、例えば都市ガスを燃料とした場合、都市ガスの流量は、１８ｋｇ／Ｈであり、改質用水蒸気と合流した後、熱交換器を通過して、約３００℃程度となって、改質器２に流入するので、密度を計算して、流体の流量を計算すると以下のようになる。
・水蒸気の流量３５ｋｇ/Ｈの場合
(１８＋３５)［ｋｇ/Ｈ］/０．４５［ｋｇ/ｍ3］＝１１８［ｍ3/Ｈ］
・水蒸気の流量２５ｋｇ/Ｈの場合
(１８＋２５)［ｋｇ/Ｈ］/０．４５［ｋｇ/ｍ3］＝９６［ｍ3/Ｈ］
【００４０】
従って、圧力損失の観点からは、９６［ｍ3/Ｈ］／１１８［ｍ3/Ｈ］≒０．８となり、流路断面積を２０％削減することが可能となる。
【００４１】
以上本実施形態によれば、冷却構造部内の冷却水の一部をＣＯ変成触媒層に放出するための放出孔を設けることにより、放出孔を通過した冷却水は、断熱膨張により一部蒸発すると共に温度が低下する。この水及び蒸気は、ＣＯ変成反応に利用されると共に、ＣＯ変成反応による発熱量を吸収する効果を持つ。その冷却で不足する熱量は、放出孔から放出されずに冷却構造部内を流れる冷却水で冷却し、ＣＯ変成触媒層温度を一定に制御することができる。
【００４２】
これによって、加圧冷却水量を少なくすることができ、加圧冷却水用ポンプの消費電力を低減し、システムの効率を向上させることが可能となる。冷却構造部内の冷却水の流量が少なくなるため、同じ流速を確保するという前提のもとに冷却構造部の口径も断面積を半分にすることができ、直材のコストダウンも図れる。また、改質器に関しても、投入する水蒸気の流量を減少できるので、所定の反応温度まで上昇させる顕熱を減らすことが可能となり、伝熱面積を減らすことができる。さらに、圧力損失の観点からは、流路断面積を減少させることができる。
【００４３】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。尚、上記実施形態ではりん酸形燃料電池発電装置について説明したが本発明はこの形式の燃料電池発電装置以外にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明実施システム例の燃料電池発電装置を模式的に表した概略構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  脱硫器
２  改質器
３  ＣＯ変成器
４  燃料電池本体
５  燃焼空気ブロア
６  バーナ
８  気水分離器
１０  インバータ
１１  電池冷却水ポンプ
１２  ＣＯ変成器冷却水ポンプ
【図１】
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