JP2000012046A - Phosphoric acid type fuel cell power generating system - Google Patents
Phosphoric acid type fuel cell power generating systemInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、りん酸型燃料電
池発電装置に係り、特に原燃料ガス中に含まれる炭化水
素濃度が変動した場合でも、原燃料ガスの流量を適切に
調節して、定格運転の継続を可能にするものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phosphoric acid fuel cell power generator, and more particularly to a method for controlling the flow rate of a raw fuel gas even when the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas fluctuates. This allows continuation of rated operation.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図６は例えば特開平４−２８４３６５号
公報に開示された従来のりん酸型燃料電池発電装置の構
成を示すブロック図である。図において、１は都市ガス
や天然ガスなどの原燃料ガス中の硫黄分を水素を用いて
除去する脱硫器、２は原燃料ガスを脱硫器１の動作温度
まで昇温する原燃料ガス予熱器、３は空気源としての空
気ブロア、４は水蒸気分離器で起動時に作動する起動用
電気ヒータ４ａを備えている。2. Description of the Related Art FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional phosphoric acid fuel cell power generator disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-284365. In the figure, 1 is a desulfurizer for removing sulfur from raw fuel gas such as city gas or natural gas using hydrogen, and 2 is a raw fuel gas preheater for raising the raw fuel gas to the operating temperature of the desulfurizer 1 Reference numeral 3 denotes an air blower as an air source, and reference numeral 4 denotes a steam separator, which is provided with a starting electric heater 4a which operates at the time of starting.
【０００３】５は水蒸気分離器４より供給されるスチー
ムの駆動力により動作し、原燃料ガスにスチームを混合
させるスチームエゼクタ、６はこのスチームエゼクタ５
でスチームが混合された原燃料ガスを改質反応に適した
温度まで昇温する原燃料ガス予熱器、７は原燃料ガスと
スチームの混合体を反応させて水素を含む改質ガスを生
成する改質器で、触媒が充填された改質触媒管７ａおよ
び加熱バーナ７ｂ等で構成されている。８は改質器７を
出た改質ガス中の一酸化炭素を水素に変換するＣＯ変成
器である。A steam ejector 5 is operated by the driving force of the steam supplied from the steam separator 4 to mix the raw fuel gas with the steam, and 6 is a steam ejector 5
A raw fuel gas preheater that raises the temperature of the raw fuel gas mixed with steam to a temperature suitable for the reforming reaction; and 7 reacts a mixture of the raw fuel gas and steam to generate a reformed gas containing hydrogen. The reformer includes a reforming catalyst tube 7a filled with a catalyst, a heating burner 7b, and the like. Reference numeral 8 denotes a CO converter for converting carbon monoxide in the reformed gas exiting the reformer 7 into hydrogen.
【０００４】９はＣＯ変成器８を出た改質ガス中の水素
と、空気中の酸素を反応させて発電する燃料電池スタッ
クで、改質ガスが供給される燃料極９ａ、空気が供給さ
れる空気極９ｂおよび発電時の発熱を冷やす冷却器９ｃ
により構成されている。１０はＣＯ変成器８を出た改質
ガスの一部を脱硫器１の上流側にリサイクルするための
リサイクルガス管路、１１は改質器７へ空気ブロア３か
ら供給される燃焼空気を、改質器７の燃焼排ガスにより
予め昇温する燃焼空気予熱器、１２は燃焼空気予熱器１
１を流れる燃焼空気の量を抑制する燃焼空気流量制御
弁、１３は供給される原燃料ガスの流量を調節する流量
調節弁である。[0004] Reference numeral 9 denotes a fuel cell stack for generating power by reacting hydrogen in the reformed gas exiting the CO converter 8 with oxygen in the air. A fuel electrode 9a to which the reformed gas is supplied and air to be supplied. Air pole 9b and cooler 9c for cooling heat generated during power generation
It consists of. Reference numeral 10 denotes a recycle gas line for recycling part of the reformed gas exiting the CO converter 8 to the upstream side of the desulfurizer 1, 11 denotes combustion air supplied from the air blower 3 to the reformer 7, A combustion air preheater, whose temperature is raised in advance by the combustion exhaust gas of the reformer 7, 12 is a combustion air preheater 1
A combustion air flow control valve 13 for suppressing the amount of combustion air flowing through 1 is a flow control valve for adjusting the flow rate of the supplied raw fuel gas.
【０００５】次に、上記のように構成された従来のりん
酸型燃料電池発電装置の動作について説明する。まず、
原燃料ガスは流量調節弁１３により所定の流量に調節さ
れ原燃料ガス予熱器２によって脱硫反応に適した温度ま
で昇温されて脱硫器１に供給され、脱硫器１で脱硫され
た後スチームエゼクタ５により吸引されて水蒸気分離器
４から供給されるスチームと混合される。次いで、原燃
料ガス予熱器６で改質反応に適した温度まで昇温されて
改質器７に供給され、この改質器７において改質反応に
より改質ガスが生成される。Next, the operation of the conventional phosphoric acid fuel cell power generator constructed as described above will be described. First,
The raw fuel gas is adjusted to a predetermined flow rate by the flow control valve 13, heated to a temperature suitable for the desulfurization reaction by the raw fuel gas preheater 2, supplied to the desulfurizer 1, desulfurized by the desulfurizer 1, and then subjected to the steam ejector. 5 and is mixed with steam supplied from the steam separator 4. Next, the temperature is raised to a temperature suitable for the reforming reaction in the raw fuel gas preheater 6 and supplied to the reformer 7, where the reforming reaction produces a reformed gas.
【０００６】そして、上記のようにして生成された改質
ガスは、両原燃料ガス予熱器６および２で冷却されてＣ
Ｏ変成器８に供給され、このＣＯ変成器８で含まれる一
酸化炭素が水素に変化されて燃料電池スタック９の燃料
極９ａに供給される。また、空気極９ｂには空気ブロア
３から空気が供給され、燃料極９ａに供給された水素と
空気極９ｂに供給された空気中の酸素とが反応して発電
が起こる。一方、ＣＯ変成器８を出た改質ガスの一部
は、スチームエゼクタ５により吸引されてリサイクルガ
ス管路１０を介して脱硫器１の上流側にリサイクルされ
る。The reformed gas generated as described above is cooled by the raw fuel gas preheaters 6 and 2 and
The CO is supplied to the O-transformer 8 and the carbon monoxide contained in the CO-transformer 8 is changed to hydrogen and supplied to the fuel electrode 9 a of the fuel cell stack 9. Air is supplied from the air blower 3 to the air electrode 9b, and the hydrogen supplied to the fuel electrode 9a reacts with the oxygen in the air supplied to the air electrode 9b to generate power. On the other hand, a part of the reformed gas exiting the CO converter 8 is sucked by the steam ejector 5 and recycled to the upstream side of the desulfurizer 1 via the recycled gas pipe 10.
【０００７】発電中、燃料極９ａでは発電電流に比例し
た水素が消費され、余った水素やＣＯ2等は燃料極出口
ガスとして改質器７内の加熱バーナ７ｂに供給され、含
まれる加熱成分が燃焼空気予熱器１１で予熱されて供給
される燃焼空気により燃焼する。この燃焼ガスは改質触
媒管７ａを加熱して原燃料ガスを改質ガスに変換させる
ための熱源となり、この加熱により温度が５００〜６０
０℃程度まで下がり、改質器７から排出されて燃焼空気
予熱器１１に供給され燃焼空気を予熱する。During power generation, hydrogen in proportion to the generated current is consumed at the fuel electrode 9a, and surplus hydrogen, CO 2, and the like are supplied to the heating burner 7b in the reformer 7 as fuel electrode outlet gas, and the contained heating component Are combusted by the combustion air supplied after being preheated by the combustion air preheater 11. The combustion gas serves as a heat source for heating the reforming catalyst tube 7a to convert the raw fuel gas into the reformed gas.
The temperature is lowered to about 0 ° C., discharged from the reformer 7 and supplied to the combustion air preheater 11 to preheat the combustion air.
【０００８】一般に、都市部への設置を前提として実用
化が進められている燃料電池発電プラントでは、原燃料
ガスとして都市ガス１３Ａが使用され、一部ではナフサ
やＬＰガスを利用する場合もあるが、いずれの場合にも
原燃料ガスとしては、運転中のガス組成の変動が少なく
予め設定されたガス組成を用いて運転を行っている。し
かしながら、原燃料ガスとしてビール工場や汚泥処理か
ら得られる消化ガス等を用いる場合は、以下に説明する
ような不具合が発生する。In general, in a fuel cell power plant which is being put to practical use assuming installation in an urban area, city gas 13A is used as a raw fuel gas, and naphtha or LP gas may be used in some cases. However, in any case, the operation is performed using a preset gas composition as the raw fuel gas, which has a small variation in the gas composition during operation. However, when a digestive gas obtained from a beer factory or sludge treatment is used as the raw fuel gas, the following problems occur.
【０００９】表１は消化ガスのガス組成の一例を示すも
のである。この場合、メタン濃度は５９％から７１％と
変動するが、この変動を考慮に入れないまま運転した場
合、燃料電池発電プラント内の流量や運転パラメータは
表２に示すようになる。表２は送電端交流出力２００Ｋ
Ｗ、電池へ供給される水素量に対する電池で発電に使用
される水素量の割合、すなわち、燃料利用率７３．７〜
８５．５％、スチームカーボン比（表中にＳ／Ｃで示
す）３．２〜３．９、空気比１．３〜２．６のようなプ
ロセス計算条件において、メタン濃度が最小値、中間
値、最大値をとった時の各種流量値を示したものであ
る。Table 1 shows an example of the gas composition of the digestion gas. In this case, the methane concentration fluctuates from 59% to 71%. If the operation is performed without taking this fluctuation into account, the flow rate and operating parameters in the fuel cell power plant become as shown in Table 2. Table 2 shows the transmission end AC output 200K
W, the ratio of the amount of hydrogen used for power generation in the battery to the amount of hydrogen supplied to the battery, that is, a fuel utilization rate of 73.7 to
Under process calculation conditions such as 85.5%, steam carbon ratio (indicated by S / C in the table) of 3.2 to 3.9, and air ratio of 1.3 to 2.6, the methane concentration was the minimum value, It shows various flow values when the values and the maximum values are taken.
【００１０】[0010]
【表１】 [Table 1]
【００１１】[0011]
【表２】 [Table 2]
【００１２】表から明らかなように、メタン濃度が高い
場合は、燃料極排ガスの持つ熱量が中間値の場合の約
１．３倍に増加し、改質器の温度が上昇し過ぎ、また、
空気比は１．３と低くなるので不完全燃焼が発生しやす
くなる。一方、逆にメタン濃度が低い場合は、燃料極に
供給される水素量が少なく燃料利用率が８５％を越える
ため、セルを損傷する恐れがあり、また、燃料極排ガス
の持つ熱量が小さく、改質器の温度が低下する。As is clear from the table, when the methane concentration is high, the calorific value of the fuel electrode exhaust gas increases to about 1.3 times that of the intermediate value, and the temperature of the reformer rises too much.
Since the air ratio is as low as 1.3, incomplete combustion tends to occur. On the other hand, when the methane concentration is low, the amount of hydrogen supplied to the anode is small and the fuel utilization exceeds 85%, which may damage the cell, and the calorie of the anode exhaust gas is small. The temperature of the reformer decreases.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】従来のりん酸型燃料電
池発電装置は以上のように構成され、原燃料ガス中に含
まれる炭化水素濃度が変化すると、上記したような不具
合を生じるため、定格運転の継続が不可能になるという
問題点があった。なお、ガスクロマトグラフを用いて原
燃料ガス中に含まれる炭化水素濃度を知り、運転する方
法もあるが、ガスクロマトグラフはサンプルをバッチ処
理して計測するため、急激な組成の変化には対応が困難
であり信頼性の点で問題がある。The conventional phosphoric acid fuel cell power generator is constructed as described above. When the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas changes, the above-mentioned problems occur. There was a problem that continuation of operation became impossible. In addition, there is a method of operating by knowing the hydrocarbon concentration contained in the raw fuel gas using a gas chromatograph, but it is difficult to respond to a sudden change in composition because the gas chromatograph measures the sample by batch processing. And there is a problem in terms of reliability.
【００１４】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、原燃料ガス中に含まれる炭化水
素濃度が変動した場合でも、不具合を生じることなく定
格運転の継続が可能なりん酸型燃料電池発電装置を提供
することを目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to continue the rated operation without causing trouble even when the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas fluctuates. It is an object of the present invention to provide a phosphoric acid type fuel cell power generator.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るりん酸型燃料電池発電装置は、原燃料ガスを加熱し内
部に充填された触媒を介して改質することにより改質ガ
スを生成する改質器と、改質ガス中に含まれる一酸化炭
素を変成反応により水素に変換するＣＯ変成器と、ＣＯ
変成器より供給される改質ガス中に含まれる水素と空気
中に含まれる酸素を反応させて発電する燃料電池スタッ
クとを備えたりん酸型燃料電池発電装置において、燃料
電池スタックより発電容量の小さい第２の燃料電池スタ
ックを配設し、燃料電池スタックの燃料利用率より高い
燃料利用率となるように燃料電池スタックに供給される
改質ガスの一部を供給するとともに、第２の燃料電池ス
タックのセル電圧が所定の値となるように原燃料ガスの
流量を調節するようにしたものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a phosphoric acid type fuel cell power generator which heats a raw fuel gas and reforms the reformed gas through a catalyst filled therein. A reformer to be generated; a CO shift converter for converting carbon monoxide contained in the reformed gas into hydrogen by a shift reaction;
In a phosphoric acid type fuel cell power generation device including a fuel cell stack that generates power by reacting hydrogen contained in reformed gas supplied from a shifter with oxygen contained in air, the power generation capacity of the fuel cell stack is smaller than that of the fuel cell stack. A small second fuel cell stack is provided, a part of the reformed gas supplied to the fuel cell stack is supplied so as to have a higher fuel utilization than the fuel utilization of the fuel cell stack, and the second fuel The flow rate of the raw fuel gas is adjusted so that the cell voltage of the battery stack becomes a predetermined value.
【００１６】又、この発明の請求項２に係るりん酸型燃
料電池発電装置は、原燃料ガスを加熱し内部に充填され
た触媒を介して改質することにより改質ガスを生成する
改質器と、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成反応
により水素に変換するＣＯ変成器と、ＣＯ変成器より供
給される改質ガス中に含まれる水素と空気中に含まれる
酸素を反応させて発電する燃料電池スタックとを備えた
りん酸型燃料電池発電装置において、燃料電池スタック
より発電容量の小さい第２の燃料電池スタックを配設
し、燃料電池スタックに供給される改質ガスの一部を供
給するとともに第２の燃料電池スタックに供給される改
質ガスの流量を連続的に変化させ第２の燃料電池スタッ
クのセル電圧の低下傾向が大きくなる時点で原燃料ガス
に含まれる炭化水素濃度を演算し、燃料電池スタックに
供給される水素の量が所定の値となるように原燃料ガス
の流量を調節するようにしたものである。Further, according to a second aspect of the present invention, there is provided a phosphoric acid type fuel cell power generator, wherein a reformed gas is produced by heating a raw fuel gas and reforming the same through a catalyst filled therein. Reactor, a CO converter that converts carbon monoxide contained in the reformed gas into hydrogen by a shift reaction, and reacts hydrogen contained in the reformed gas supplied from the CO converter with oxygen contained in the air. And a fuel cell stack having a fuel cell stack for generating electric power by providing a second fuel cell stack having a smaller power generation capacity than the fuel cell stack, and a reformed gas supplied to the fuel cell stack. When the flow rate of the reformed gas supplied to the second fuel cell stack is partly changed and the flow rate of the reformed gas supplied to the second fuel cell stack is continuously changed, the cell voltage of the second fuel cell stack is included in the raw fuel gas at a time when the tendency to decrease becomes large. hydrocarbon Calculating a degree, the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack is obtained so as to adjust the flow rate of the raw fuel gas to a predetermined value.
【００１７】又、この発明の請求項３に係るりん酸型燃
料電池発電装置は、原燃料ガスを加熱し内部に充填され
た触媒を介して改質することにより改質ガスを生成する
改質器と、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成反応
により水素に変換するＣＯ変成器と、ＣＯ変成器より供
給される改質ガス中に含まれる水素と空気中に含まれる
酸素を反応させて発電する燃料電池スタックとを備えた
りん酸型燃料電池発電装置において、燃料電池スタック
より発電容量の小さい第２の燃料電池スタックを配設
し、燃料電池スタックに供給される改質ガスの一部を供
給するとともに第２の燃料電池スタックの発電電流を連
続的に変化させ第２の燃料電池スタックのセル電圧の低
下傾向が大きくなる時点で原燃料ガスに含まれる炭化水
素濃度を演算し、燃料電池スタックに供給される水素の
量が所定の値となるように原燃料ガスの流量を調節する
ようにしたものである。Further, according to a third aspect of the present invention, there is provided a phosphoric acid type fuel cell power generator, in which a raw fuel gas is heated and reformed through a catalyst filled therein to generate a reformed gas. Reactor, a CO converter that converts carbon monoxide contained in the reformed gas into hydrogen by a shift reaction, and reacts hydrogen contained in the reformed gas supplied from the CO converter with oxygen contained in the air. And a fuel cell stack having a fuel cell stack for generating electric power by providing a second fuel cell stack having a smaller power generation capacity than the fuel cell stack, and a reformed gas supplied to the fuel cell stack. A part of the fuel gas is supplied and the generated current of the second fuel cell stack is continuously changed to calculate the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas at the time when the cell voltage of the second fuel cell stack tends to decrease. , Burning In which the amount of hydrogen supplied to the cell stack was made to adjust the flow rate of the raw fuel gas to a predetermined value.
【００１８】又、この発明の請求項４に係るりん酸型燃
料電池発電装置は、原燃料ガスを加熱し内部に充填され
た触媒を介して改質することにより改質ガスを生成する
改質器と、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成反応
により水素に変換するＣＯ変成器と、ＣＯ変成器より供
給される改質ガス中に含まれる水素と空気中に含まれる
酸素を反応させて発電する燃料電池スタックとを備えた
りん酸型燃料電池発電装置において、燃料電池スタック
より発電容量の小さい第２の燃料電池スタックを配設
し、燃料電池スタックの燃料利用率より高い燃料利用率
となるように燃料電池スタックの燃料極から排出される
ガスの一部を供給するとともに、第２の燃料電池スタッ
クのセル電圧が所定の値となるように原燃料ガスの流量
を調節するようにしたものである。Further, according to a fourth aspect of the present invention, there is provided a phosphoric acid type fuel cell power generator, wherein a reformed gas is generated by heating a raw fuel gas and reforming the same through a catalyst filled therein. Reactor, a CO converter that converts carbon monoxide contained in the reformed gas into hydrogen by a shift reaction, and reacts hydrogen contained in the reformed gas supplied from the CO converter with oxygen contained in the air. And a fuel cell stack having a fuel cell stack for generating electric power by providing a second fuel cell stack having a smaller power generation capacity than the fuel cell stack, wherein the fuel utilization is higher than the fuel utilization rate of the fuel cell stack. A part of the gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack is supplied so as to have a predetermined rate, and the flow rate of the raw fuel gas is adjusted so that the cell voltage of the second fuel cell stack becomes a predetermined value. West It is intended.
【００１９】又、この発明の請求項５に係るりん酸型燃
料電池発電装置は、原燃料ガスを加熱し内部に充填され
た触媒を介して改質することにより改質ガスを生成する
改質器と、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成反応
により水素に変換するＣＯ変成器と、ＣＯ変成器より供
給される改質ガス中に含まれる水素と空気中に含まれる
酸素を反応させて発電する燃料電池スタックとを備えた
りん酸型燃料電池発電装置において、燃料電池スタック
より発電容量の小さい第２の燃料電池スタックを配設
し、燃料電池スタックの燃料極から排出されるガスの一
部を供給するとともに第２の燃料電池スタックに供給さ
れるガスの流量を連続的に変化させ第２の燃料電池スタ
ックのセル電圧の低下傾向が大きくなる時点で原燃料ガ
スに含まれる炭化水素濃度を演算し、燃料電池スタック
に供給される水素の量が所定の値となるように原燃料ガ
スの流量を調節するようにしたものである。Further, according to a fifth aspect of the present invention, there is provided a phosphoric acid type fuel cell power generation apparatus which generates a reformed gas by heating a raw fuel gas and reforming the same through a catalyst filled therein. Reactor, a CO converter that converts carbon monoxide contained in the reformed gas into hydrogen by a shift reaction, and reacts hydrogen contained in the reformed gas supplied from the CO converter with oxygen contained in the air. And a fuel cell stack having a fuel cell stack for generating electric power by providing a second fuel cell stack having a smaller power generation capacity than the fuel cell stack, wherein the gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack is provided. At the time when the flow rate of the gas supplied to the second fuel cell stack is continuously changed and the cell voltage of the second fuel cell stack tends to decrease, the carbonization contained in the raw fuel gas is increased. water Calculating the concentration, the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack is obtained so as to adjust the flow rate of the raw fuel gas to a predetermined value.
【００２０】又、この発明の請求項６に係るりん酸型燃
料電池発電装置は、原燃料ガスを加熱し内部に充填され
た触媒を介して改質することにより改質ガスを生成する
改質器と、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成反応
により水素に変換するＣＯ変成器と、ＣＯ変成器より供
給される改質ガス中に含まれる水素と空気中に含まれる
酸素を反応させて発電する燃料電池スタックとを備えた
りん酸型燃料電池発電装置において、燃料電池スタック
より発電容量の小さい第２の燃料電池スタックを配設
し、燃料電池スタックの燃料極から排出されるガスの一
部を供給するとともに第２の燃料電池スタックの発電電
流を連続的に変化させ第２の燃料電池スタックのセル電
圧の低下傾向が大きくなる時点で原燃料ガスに含まれる
炭化水素濃度を演算し、燃料電池スタックに供給される
水素の量が所定の値となるように原燃料ガスの流量を調
節するようにしたものである。Further, according to a sixth aspect of the present invention, there is provided a phosphoric acid type fuel cell power generator, wherein a reformed gas is produced by heating a raw fuel gas and reforming the same through a catalyst filled therein. Reactor, a CO converter that converts carbon monoxide contained in the reformed gas into hydrogen by a shift reaction, and reacts hydrogen contained in the reformed gas supplied from the CO converter with oxygen contained in the air. And a fuel cell stack having a fuel cell stack for generating electric power by providing a second fuel cell stack having a smaller power generation capacity than the fuel cell stack, wherein the gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack is provided. Is supplied and the generated current of the second fuel cell stack is continuously changed to calculate the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas at the time when the cell voltage of the second fuel cell stack tends to decrease. , In which the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack is adapted to adjust the flow rate of the raw fuel gas to a predetermined value.
【００２１】又、この発明の請求項７に係るりん酸型燃
料電池発電装置は、請求項１ないし６のいずれかにおい
て、第２の燃料電池スタックの総セル面積を燃料電池ス
タックの総セル面積の数百分の一以下に構成したもので
ある。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the phosphoric acid type fuel cell power generator according to any one of the first to sixth aspects, wherein the total cell area of the second fuel cell stack is reduced by the total cell area of the fuel cell stack. Of a few hundredths or less.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態を図に基づいて説明する。図１はこの発明の
実施の形態１におけるりん酸型燃料電池発電装置の構成
を示すブロック図、図２は燃料電池スタックのセル電圧
と燃料利用率の関係を示す特性図である。図において、
１４は都市ガスや天然ガスなどの原燃料ガス中の硫黄分
を水素を用いて除去する脱硫器、１５は原燃料ガスを脱
硫器１４の動作温度まで昇温する原燃料ガス予熱器、１
６は空気源としての空気ブロア、１７は水蒸気分離器で
起動時に作動する起動用電気ヒータ１７ａを備えてい
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a phosphoric acid fuel cell power generator according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a cell voltage of a fuel cell stack and a fuel utilization. In the figure,
Reference numeral 14 denotes a desulfurizer for removing sulfur content from a raw fuel gas such as city gas or natural gas using hydrogen. Reference numeral 15 denotes a raw fuel gas preheater that raises the temperature of the raw fuel gas to the operating temperature of the desulfurizer 14.
Reference numeral 6 denotes an air blower as an air source, and reference numeral 17 denotes an electric heater 17a for starting which is operated by a steam separator at the time of starting.
【００２３】１８は水蒸気分離器１７より供給されるス
チームの駆動力により動作し、原燃料ガスにスチームを
混合させるスチームエゼクタ、１９はこのスチームエゼ
クタ１８でスチームが混合された原燃料ガスを改質反応
に適した温度まで昇温する原燃料ガス予熱器、２０は原
燃料ガスとスチームの混合体を反応させて水素を含む改
質ガスを生成する改質器で、触媒が充填された改質触媒
管２０ａおよび加熱バーナ２０ｂ等で構成されている。
２１は改質器２０を出た改質ガス中の一酸化炭素を水素
に変換するＣＯ変成器である。Reference numeral 18 denotes a steam ejector operated by the driving force of the steam supplied from the steam separator 17 to mix the raw fuel gas with the steam. A raw fuel gas preheater that raises the temperature to a temperature suitable for the reaction. A reformer 20 reacts a mixture of the raw fuel gas and steam to generate a reformed gas containing hydrogen. It comprises a catalyst tube 20a and a heating burner 20b.
Reference numeral 21 denotes a CO converter for converting carbon monoxide in the reformed gas exiting the reformer 20 into hydrogen.
【００２４】２２はＣＯ変成器２１を出た改質ガス中の
水素と、空気中の酸素を反応させて発電する燃料電池ス
タックで、改質ガスが供給される燃料極２２ａ、空気が
供給される空気極２２ｂおよび発電時の発熱を冷やす冷
却器２２ｃにより構成されている。２３はＣＯ変成器２
１を出た改質ガスの一部を脱硫器１４の上流側にリサイ
クルするためのリサイクルガス管路、２４は改質器２０
へ空気ブロア１６から供給される燃焼空気を、改質器２
０の燃焼排ガスにより予め昇温する燃焼空気予熱器、２
５は燃焼空気予熱器２４を流れる燃焼空気の量を抑制す
る燃焼空気流量制御弁、２６は供給される原燃料ガスの
流量を調節する流量調節弁であり、以上の構成は図６に
示す従来装置と同様である。Reference numeral 22 denotes a fuel cell stack for generating power by reacting hydrogen in the reformed gas exiting the CO converter 21 with oxygen in the air. A fuel electrode 22a to which the reformed gas is supplied and air to be supplied. An air electrode 22b and a cooler 22c for cooling heat generated during power generation. 23 is a CO transformer 2
1 is a recycle gas line for recycling a part of the reformed gas exiting from 1 to the upstream side of the desulfurizer 14;
Combustion air supplied from the air blower 16 to the reformer 2
Combustion air preheater, which is preheated by combustion exhaust gas
Reference numeral 5 denotes a combustion air flow control valve for suppressing the amount of combustion air flowing through the combustion air preheater 24, and reference numeral 26 denotes a flow control valve for adjusting the flow rate of the supplied raw fuel gas. Same as the device.
【００２５】２７は燃料電池スタック２２と同様に燃料
極２７ａ、空気極２７ｂおよび冷却器２７ｃにより構成
される第２の燃料電池スタックで、燃料極２７ａには燃
料電池スタック２２の燃料極２２ａに供給される改質ガ
スの一部がオリフィス２８を介して供給されている。そ
して、この第２の燃料電池スタック２７の構成は単セル
でも十分であり、また、セル面積も燃料電池スタック２
２のように、例えば０．１〜１．０ｍ2というような大
きさにする必要はなく、数十ｃｍ2程度で十分であり、
総セル面積は燃料電池スタック２２の総セル面積の数百
分の一以下に構成されている。２９は第２の燃料電池ス
タック２７に接続された負荷、３０は第２の燃料電池ス
タック２７のセル電圧を測定するセル電圧計測器であ
る。Reference numeral 27 denotes a second fuel cell stack comprising a fuel electrode 27a, an air electrode 27b and a cooler 27c, similarly to the fuel cell stack 22, and a fuel electrode 27a is supplied to the fuel electrode 22a of the fuel cell stack 22. A part of the reformed gas is supplied through an orifice 28. The configuration of the second fuel cell stack 27 is sufficient for a single cell, and the cell area is also small.
As 2, for example, it need not be sized so that 0.1～1.0M 2, is sufficient about several tens cm 2,
The total cell area is less than one hundredth of the total cell area of the fuel cell stack 22. Reference numeral 29 denotes a load connected to the second fuel cell stack 27, and reference numeral 30 denotes a cell voltage measuring device for measuring a cell voltage of the second fuel cell stack 27.
【００２６】一般に、セル電圧は図２から明らかなよう
に、燃料利用率が９０％を越えるあたりから急激に低下
する傾向がある。また、燃料電池スタックは９０％を越
えるような高い燃料利用率で運転するとセルの劣化を早
めるため、数万時間の寿命を期待する場合、高燃料利用
率の状態で運転されることはできるだけ避けなければな
らず、具体的には少なくとも８５％以下、できれば８０
％程度の運転が望ましい。In general, as apparent from FIG. 2, the cell voltage tends to sharply decrease when the fuel utilization exceeds about 90%. In addition, when the fuel cell stack is operated at a high fuel utilization rate exceeding 90%, the deterioration of the cells is accelerated. Therefore, when the service life of tens of thousands of hours is expected, the operation at the high fuel utilization state should be avoided as much as possible. Must be at least 85% or less, preferably 80% or less.
% Operation is desirable.
【００２７】したがって、この実施の形態１では、第２
の燃料電池スタック２７の燃料利用率が、燃料電池スタ
ック２２の燃料利用率よりも１０％程度高くなるよう
に、つまり第２の燃料電池スタック２７に供給される改
質ガス流量当りの電流値を燃料電池スタック２２のそれ
よりも１０％高くなるように、オリフィス２８の径を決
定して流量配分を設定し、セル電圧計測器３０により計
測された第２の燃料電池スタック２７のセル電圧が、図
２に太線で示すように急激に低下する傾向が大きくなる
電圧値の範囲に収まるように原燃料ガスの流量を調整す
る。Therefore, in the first embodiment, the second
Of the fuel cell stack 27 is about 10% higher than the fuel utilization rate of the fuel cell stack 22, that is, the current value per reformed gas flow rate supplied to the second fuel cell stack 27 is changed. The diameter of the orifice 28 is determined and the flow distribution is set so as to be 10% higher than that of the fuel cell stack 22, and the cell voltage of the second fuel cell stack 27 measured by the cell voltage measuring device 30 is The flow rate of the raw fuel gas is adjusted so as to fall within a voltage value range in which the tendency to sharply decrease as shown by a thick line in FIG.
【００２８】すなわち、このようにすれば第２の燃料電
池スタック２７の燃料利用率は９０％程度に、燃料電池
スタック２２の燃料利用率は８０％程度にそれぞれ保た
れ、燃料電池スタック２２は長時間の寿命を期待するこ
とができる。なお、第２の燃料電池スタック２７は比較
的高い燃料利用率で運転されることになるため、燃料電
池スタック２２と同様の寿命を満足することはできない
が、燃料電池スタック２２と比較して非常に小型で、単
セルでも十分に事足りる簡単な構造のもので良いため、
定検毎に交換するようにしても特に問題はない。That is, in this way, the fuel utilization of the second fuel cell stack 27 is maintained at about 90%, the fuel utilization of the fuel cell stack 22 is maintained at about 80%, and the fuel cell stack 22 is long. You can expect a long life. Since the second fuel cell stack 27 is operated at a relatively high fuel utilization rate, it cannot satisfy the same service life as the fuel cell stack 22, but has a very short life compared with the fuel cell stack 22. In addition, since it is enough to have a simple structure that is small enough and a single cell is enough,
There is no particular problem even if it is replaced at every regular inspection.
【００２９】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２におけるりん酸型燃料電池発電装置の構成を示すブ
ロック図である。図において、上記実施の形態１におけ
ると同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。３
１は第２の燃料電池スタック２７の燃料極２７ａに供給
される改質ガスの流量を調節する流量調節弁で、流量も
小さいもので良いためマスフローコントローラが適当で
ある。３２は原燃料ガス中に含まれる炭化水素濃度を算
出する原燃料ガス組成演算回路である。Embodiment 2 FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a phosphoric acid fuel cell power generator according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Three
Reference numeral 1 denotes a flow rate control valve for controlling the flow rate of the reformed gas supplied to the fuel electrode 27a of the second fuel cell stack 27. Since the flow rate may be small, a mass flow controller is appropriate. Reference numeral 32 denotes a raw fuel gas composition calculation circuit for calculating the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas.
【００３０】このように構成された実施の形態２では、
セル電圧計測器３０で計測された第２の燃料電池２７の
セル電圧が、図２に太線で示すように急激に低下する傾
向が大きくなる電圧値の範囲、すなわち燃料利用率が９
０％程度となるように、第２の燃料電池スタック２７の
燃料極２７ａに供給される改質ガスの流量を流量調節弁
３１により連続的に変化させる。そして、この時に原燃
料ガス中に含まれる炭化水素濃度を、原燃料ガス組成演
算回路３２で算出し、燃料電池スタック２２の燃料極２
２ａに供給される水素の量が所定の値、すなわち燃料利
用率が８０％程度となる値になるように、流量調節弁２
６を介して原燃料ガスの流量を調節する。In the second embodiment configured as described above,
The cell voltage of the second fuel cell 27 measured by the cell voltage measuring device 30 is in a range of voltage values in which the tendency to sharply decrease as shown by the thick line in FIG.
The flow rate of the reformed gas supplied to the fuel electrode 27a of the second fuel cell stack 27 is continuously changed by the flow control valve 31 so that the flow rate becomes about 0%. At this time, the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas is calculated by the raw fuel gas composition calculation circuit 32, and the fuel electrode 2 of the fuel cell stack 22 is calculated.
The flow control valve 2 is controlled so that the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 2a has a predetermined value, that is, a value at which the fuel utilization rate is about 80%.
The flow rate of the raw fuel gas is adjusted via 6.
【００３１】すなわち、このようにすれば燃料電池スタ
ック２２の燃料利用率は８０％程度に保たれ、長時間の
寿命を期待することができる。なお、上記実施の形態１
では、燃料電池スタック２２の燃料利用率と第２の燃料
電池スタック２７の燃料利用率は、一定の関係に固定さ
れているが、この実施の形態２では流量調節弁３１の調
節により、第２の燃料電池スタック２７の燃料利用率を
自由に変えることができるため、運転により燃料電池ス
タック２２の燃料利用率を変えることが可能になる。That is, in this way, the fuel utilization rate of the fuel cell stack 22 is maintained at about 80%, and a long life can be expected. In the first embodiment,
In the embodiment, the fuel utilization rate of the fuel cell stack 22 and the fuel utilization rate of the second fuel cell stack 27 are fixed in a fixed relationship. Since the fuel utilization of the fuel cell stack 27 can be changed freely, the fuel utilization of the fuel cell stack 22 can be changed by operation.
【００３２】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３におけるりん酸型燃料電池発電装置の構成を示すブ
ロック図である。図において、上記各実施の形態１およ
び２におけると同様な部分は同一符号を付して説明を省
略する。３３は第２の燃料電池スタック２７の発電電流
を変化させて制御する発電電流制御部、３４は原燃料ガ
ス中に含まれる炭化水素濃度を算出する原燃料ガス組成
演算回路である。Embodiment 3 FIG. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a phosphoric acid fuel cell power generator according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Reference numeral 33 denotes a power generation current control unit that controls the power generation current of the second fuel cell stack 27 by changing it, and reference numeral 34 denotes a raw fuel gas composition calculation circuit that calculates the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas.
【００３３】このように構成された実施の形態３では、
セル電圧計測器３０で計測された第２の燃料電池２７の
セル電圧が、図２に太線で示すように急激に低下する傾
向が大きくなる電圧値の範囲、すなわち燃料利用率が９
０％程度となるように、第２の燃料電池スタック２７の
発電電流を、発電電流制御部３３により制御して増減さ
せる。そして、この時に原燃料ガス中に含まれる炭化水
素濃度を、原燃料ガス組成演算回路３４で算出し、燃料
電池スタック２２の燃料極２２ａに供給される水素の量
が所定の値、すなわち燃料利用率が８０％程度となる値
になるように、流量調節弁２６を介して原燃料ガスの流
量を調節する。In the third embodiment configured as described above,
The cell voltage of the second fuel cell 27 measured by the cell voltage measuring device 30 is in a range of voltage values in which the tendency to sharply decrease as shown by the thick line in FIG.
The generated current of the second fuel cell stack 27 is controlled by the generated current control unit 33 to increase or decrease so as to be about 0%. Then, the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas at this time is calculated by the raw fuel gas composition calculation circuit 34, and the amount of hydrogen supplied to the fuel electrode 22a of the fuel cell stack 22 becomes a predetermined value, that is, The flow rate of the raw fuel gas is adjusted via the flow rate adjustment valve 26 such that the rate becomes a value of about 80%.
【００３４】すなわち、このようにすれば燃料電池スタ
ック２２の燃料利用率は８０％程度に保たれ、長時間の
寿命を期待することができる。なお、上記実施の形態１
では、燃料電池スタック２２の燃料利用率と第２の燃料
電池スタック２７の燃料利用率は、一定の関係に固定さ
れているが、この実施の形態３では発電電流制御部３３
の制御により、第２の燃料電池スタック２７の燃料利用
率を自由に変えることができるため、運転により燃料電
池スタック２２の燃料利用率を変えることが可能にな
る。That is, in this way, the fuel utilization of the fuel cell stack 22 is maintained at about 80%, and a long life can be expected. In the first embodiment,
In the third embodiment, the fuel utilization rate of the fuel cell stack 22 and the fuel utilization rate of the second fuel cell stack 27 are fixed at a fixed relationship.
, The fuel utilization rate of the second fuel cell stack 27 can be changed freely, so that the fuel utilization rate of the fuel cell stack 22 can be changed by operation.
【００３５】実施の形態４．図５はこの発明の実施の形
態４におけるりん酸型燃料電池発電装置の構成を示すブ
ロック図である。図において、上記各実施の形態１ない
し３におけると同様な部分は同一符号を付して説明を省
略する。３５は燃料電池スタック２２と同様に燃料極３
５ａ、空気極３５ｂおよび冷却器３５ｃにより構成され
る第２の燃料電池スタックで、燃料極３５ａには燃料電
池スタック２２の燃料極２２ａから排出されるガスの一
部が流量調節弁３６を介して供給されている。３７は原
燃料ガス中に含まれる炭化水素濃度を算出する原燃料ガ
ス組成演算回路である。Embodiment 4 FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a phosphoric acid fuel cell power generator according to Embodiment 4 of the present invention. In the figure, the same parts as those in each of the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Reference numeral 35 denotes the fuel electrode 3 as in the fuel cell stack 22.
In the second fuel cell stack including the fuel cell 5a, the air electrode 35b, and the cooler 35c, a part of the gas discharged from the fuel electrode 22a of the fuel cell stack 22 is supplied to the fuel electrode 35a via the flow control valve 36. Supplied. Reference numeral 37 denotes a raw fuel gas composition calculation circuit for calculating the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas.
【００３６】このように構成された実施の形態４では、
セル電圧計測器３０で計測された第２の燃料電池２７の
セル電圧が、図２に太線で示すように急激に低下する傾
向が大きくなる電圧値の範囲、すなわち燃料利用率が９
０％程度となるように、第２の燃料電池スタック３５の
発電電流を、発電電流制御部３３により制御して増減さ
せる。そして、この時に原燃料ガス中に含まれる炭化水
素濃度を、原燃料ガス組成演算回路３７で算出し、燃料
電池スタック２２の燃料極２２ａに供給される水素の量
が所定の値、すなわち燃料利用率が８０％程度となる値
になるように、流量調節弁２６を介して原燃料ガスの流
量を調節する。In the fourth embodiment configured as described above,
The cell voltage of the second fuel cell 27 measured by the cell voltage measuring device 30 is in a range of voltage values in which the tendency to sharply decrease as shown by the thick line in FIG.
The generated current of the second fuel cell stack 35 is controlled by the generated current control unit 33 to increase or decrease so as to be about 0%. At this time, the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas is calculated by the raw fuel gas composition calculation circuit 37, and the amount of hydrogen supplied to the fuel electrode 22a of the fuel cell stack 22 is a predetermined value, that is, The flow rate of the raw fuel gas is adjusted via the flow rate adjustment valve 26 such that the rate becomes a value of about 80%.
【００３７】すなわち、このようにすれば燃料電池スタ
ック２２の燃料利用率は８０％程度に保たれ、長時間の
寿命を期待することができるのは勿論のこと、改質ガス
に比べて水素濃度や水素流量の変化が大きい燃料電池ス
タック２２の燃料極２２ａから排出されるガスが、第２
の燃料電池スタック３５の燃料極３５ａに供給されてい
るので、原燃料ガス中の炭化水素濃度の変化が、より大
きな燃料利用率の変化につながるので、敏感にその変化
を検出することができ、より高精度の制御が可能にな
る。That is, in this way, the fuel utilization rate of the fuel cell stack 22 is maintained at about 80%, and a long life can be expected. The gas discharged from the fuel electrode 22a of the fuel cell stack 22 having a large change in hydrogen flow rate or hydrogen flow rate is the second gas.
Since the fuel is supplied to the fuel electrode 35a of the fuel cell stack 35, the change in the hydrocarbon concentration in the raw fuel gas leads to a larger change in the fuel utilization rate, so that the change can be detected sensitively. Higher precision control becomes possible.
【００３８】なお、この実施の形態４では、上記実施の
形態３の場合と同様に第２の燃料電池スタック３５の発
電電流を変化させる例で説明したが、流量調節弁３６に
より第２の燃料電池スタック３５の燃料極３５ａに供給
されるガスの流量を増減させるようにしても良く、上記
と同様の効果を得ることができる。In the fourth embodiment, an example in which the generated current of the second fuel cell stack 35 is changed in the same manner as in the third embodiment is described. The flow rate of the gas supplied to the fuel electrode 35a of the battery stack 35 may be increased or decreased, and the same effect as described above can be obtained.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、原燃料ガスを加熱し内部に充填された触媒を介し
て改質することにより改質ガスを生成する改質器と、改
質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成反応により水素に
変換するＣＯ変成器と、ＣＯ変成器より供給される改質
ガス中に含まれる水素と空気中に含まれる酸素を反応さ
せて発電する燃料電池スタックとを備えたりん酸型燃料
電池発電装置において、燃料電池スタックより発電容量
の小さい第２の燃料電池スタックを配設し、燃料電池ス
タックの燃料利用率より高い燃料利用率となるように燃
料電池スタックに供給される改質ガスの一部を供給する
とともに、第２の燃料電池スタックのセル電圧が所定の
値となるように原燃料ガスの流量を調節するようにした
ので、原燃料ガス中に含まれる炭化水素濃度が変動した
場合でも、不具合を生じることなく定格運転の継続が可
能なりん酸型燃料電池発電装置を提供することができ
る。As described above, according to the first aspect of the present invention, there is provided a reformer that generates a reformed gas by heating a raw fuel gas and reforming the raw fuel gas through a catalyst filled therein. A CO converter for converting carbon monoxide contained in the reformed gas into hydrogen by a shift reaction, and reacting hydrogen contained in the reformed gas supplied from the CO converter with oxygen contained in the air. In a phosphoric acid fuel cell power generator including a fuel cell stack for generating power, a second fuel cell stack having a smaller power generation capacity than the fuel cell stack is provided, and a fuel utilization rate higher than the fuel utilization rate of the fuel cell stack is provided. In addition, a part of the reformed gas supplied to the fuel cell stack is supplied, and the flow rate of the raw fuel gas is adjusted so that the cell voltage of the second fuel cell stack becomes a predetermined value. , Raw fuel gas May even if the hydrocarbon concentration is varied included to provide a phosphoric acid fuel cell power generator capable of continuing the rated operation without causing a problem that the.
【００４０】又、この発明の請求項２によれば、原燃料
ガスを加熱し内部に充填された触媒を介して改質するこ
とにより改質ガスを生成する改質器と、改質ガス中に含
まれる一酸化炭素を変成反応により水素に変換するＣＯ
変成器と、ＣＯ変成器より供給される改質ガス中に含ま
れる水素と空気中に含まれる酸素を反応させて発電する
燃料電池スタックとを備えたりん酸型燃料電池発電装置
において、燃料電池スタックより発電容量の小さい第２
の燃料電池スタックを配設し、燃料電池スタックに供給
される改質ガスの一部を供給するとともに第２の燃料電
池スタックに供給される改質ガスの流量を連続的に変化
させ第２の燃料電池スタックのセル電圧の低下傾向が大
きくなる時点で原燃料ガスに含まれる炭化水素濃度を演
算し、燃料電池スタックに供給される水素の量が所定の
値となるように原燃料ガスの流量を調節するようにした
ので、原燃料ガス中に含まれる炭化水素濃度が変動した
場合でも、不具合を生じることなく定格運転の継続が可
能であることは勿論のこと、燃料電池スタックの燃料利
用率の設定を自由に変えることが可能なりん酸型燃料電
池発電装置を提供することができる。According to a second aspect of the present invention, there is provided a reformer for generating a reformed gas by heating a raw fuel gas and reforming the raw fuel gas through a catalyst filled therein. That converts carbon monoxide contained in hydrogen into hydrogen by a shift reaction
In a phosphoric acid type fuel cell power generation device comprising a shifter and a fuel cell stack that generates electricity by reacting hydrogen contained in reformed gas supplied from a CO shifter with oxygen contained in air, the fuel cell No. 2 power generation capacity smaller than stack
And supplying a part of the reformed gas supplied to the fuel cell stack and continuously changing the flow rate of the reformed gas supplied to the second fuel cell stack. At the time when the cell voltage of the fuel cell stack tends to decrease, the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas is calculated, and the flow rate of the raw fuel gas is adjusted so that the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack becomes a predetermined value. Therefore, even if the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas fluctuates, it is possible to continue the rated operation without causing any trouble, Can be changed freely.
【００４１】又、この発明の請求項３によれば、原燃料
ガスを加熱し内部に充填された触媒を介して改質するこ
とにより改質ガスを生成する改質器と、改質ガス中に含
まれる一酸化炭素を変成反応により水素に変換するＣＯ
変成器と、ＣＯ変成器より供給される改質ガス中に含ま
れる水素と空気中に含まれる酸素を反応させて発電する
燃料電池スタックとを備えたりん酸型燃料電池発電装置
において、燃料電池スタックより発電容量の小さい第２
の燃料電池スタックを配設し、燃料電池スタックに供給
される改質ガスの一部を供給するとともに第２の燃料電
池スタックの発電電流を連続的に変化させ第２の燃料電
池スタックのセル電圧の低下傾向が大きくなる時点で原
燃料ガスに含まれる炭化水素濃度を演算し、燃料電池ス
タックに供給される水素の量が所定の値となるように原
燃料ガスの流量を調節するようにしたので、原燃料ガス
中に含まれる炭化水素濃度が変動した場合でも、不具合
を生じることなく定格運転の継続が可能であることは勿
論のこと、燃料電池スタックの燃料利用率を自由に変え
ることが可能なりん酸型燃料電池発電装置を提供するこ
とができる。According to a third aspect of the present invention, there is provided a reformer for generating a reformed gas by heating a raw fuel gas and reforming the raw fuel gas through a catalyst filled therein. That converts carbon monoxide contained in hydrogen into hydrogen by a shift reaction
In a phosphoric acid type fuel cell power generation device comprising a shifter and a fuel cell stack that generates electricity by reacting hydrogen contained in reformed gas supplied from a CO shifter with oxygen contained in air, the fuel cell No. 2 power generation capacity smaller than stack
And supplying a part of the reformed gas supplied to the fuel cell stack, and continuously changing the power generation current of the second fuel cell stack, thereby providing the cell voltage of the second fuel cell stack. The hydrocarbon concentration contained in the raw fuel gas is calculated at the time when the decrease tendency of the fuel cell becomes large, and the flow rate of the raw fuel gas is adjusted so that the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack becomes a predetermined value. Therefore, even when the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas fluctuates, it is possible to continue the rated operation without causing a problem, and to freely change the fuel utilization rate of the fuel cell stack. A possible phosphoric acid fuel cell power generator can be provided.
【００４２】又、この発明の請求項４によれば、原燃料
ガスを加熱し内部に充填された触媒を介して改質するこ
とにより改質ガスを生成する改質器と、改質ガス中に含
まれる一酸化炭素を変成反応により水素に変換するＣＯ
変成器と、ＣＯ変成器より供給される改質ガス中に含ま
れる水素と空気中に含まれる酸素を反応させて発電する
燃料電池スタックとを備えたりん酸型燃料電池発電装置
において、燃料電池スタックより発電容量の小さい第２
の燃料電池スタックを配設し、燃料電池スタックの燃料
利用率より高い燃料利用率となるように燃料電池スタッ
クの燃料極から排出されるガスの一部を供給するととも
に、第２の燃料電池スタックのセル電圧が所定の値とな
るように原燃料ガスの流量を調節するようにしたので、
原燃料ガス中に含まれる炭化水素濃度が変動した場合で
も、不具合を生じることなく定格運転の継続が可能であ
ることは勿論のこと、高精度の制御が可能なりん酸型燃
料電池発電装置を提供することができる。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a reformer for generating a reformed gas by heating a raw fuel gas and reforming the same through a catalyst filled therein, That converts carbon monoxide contained in hydrogen into hydrogen by a shift reaction
In a phosphoric acid type fuel cell power generation device comprising a shifter and a fuel cell stack that generates electricity by reacting hydrogen contained in reformed gas supplied from a CO shifter with oxygen contained in air, the fuel cell No. 2 power generation capacity smaller than stack
And supplying a part of the gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack so as to have a fuel utilization rate higher than the fuel utilization rate of the fuel cell stack. Since the flow rate of the raw fuel gas was adjusted so that the cell voltage of the cell became a predetermined value,
Even if the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas fluctuates, it is possible to continue the rated operation without causing any trouble, and of course, a phosphate-type fuel cell power generator capable of high-precision control. Can be provided.
【００４３】又、この発明の請求項５によれば、原燃料
ガスを加熱し内部に充填された触媒を介して改質するこ
とにより改質ガスを生成する改質器と、改質ガス中に含
まれる一酸化炭素を変成反応により水素に変換するＣＯ
変成器と、ＣＯ変成器より供給される改質ガス中に含ま
れる水素と空気中に含まれる酸素を反応させて発電する
燃料電池スタックとを備えたりん酸型燃料電池発電装置
において、燃料電池スタックより発電容量の小さい第２
の燃料電池スタックを配設し、燃料電池スタックの燃料
極から排出されるガスの一部を供給するとともに第２の
燃料電池スタックに供給されるガスの流量を連続的に変
化させ第２の燃料電池スタックのセル電圧の低下傾向が
大きくなる時点で原燃料ガスに含まれる炭化水素濃度を
演算し、燃料電池スタックに供給される水素の量が所定
の値となるように原燃料ガスの流量を調節するようにし
たので、原燃料ガス中に含まれる炭化水素濃度が変動し
た場合でも、不具合を生じることなく定格運転の継続が
可能であることは勿論のこと、高精度の制御が可能なり
ん酸型燃料電池発電装置を提供することができる。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a reformer for generating a reformed gas by heating a raw fuel gas and reforming the raw fuel gas through a catalyst filled therein. That converts carbon monoxide contained in hydrogen into hydrogen by a shift reaction
In a phosphoric acid type fuel cell power generation device comprising a shifter and a fuel cell stack that generates electricity by reacting hydrogen contained in reformed gas supplied from a CO shifter with oxygen contained in air, the fuel cell No. 2 power generation capacity smaller than stack
And supplying a part of the gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack and continuously changing the flow rate of the gas supplied to the second fuel cell stack. Calculate the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas at the time when the tendency of the cell voltage of the cell stack to decrease becomes large, and adjust the flow rate of the raw fuel gas so that the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack becomes a predetermined value. Since the adjustment is performed, even when the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas fluctuates, it is possible to continue the rated operation without causing any trouble, and it is also possible to control the phosphorus accurately. An acid type fuel cell power generator can be provided.
【００４４】又、この発明の請求項６によれば、原燃料
ガスを加熱し内部に充填された触媒を介して改質するこ
とにより改質ガスを生成する改質器と、改質ガス中に含
まれる一酸化炭素を変成反応により水素に変換するＣＯ
変成器と、ＣＯ変成器より供給される改質ガス中に含ま
れる水素と空気中に含まれる酸素を反応させて発電する
燃料電池スタックとを備えたりん酸型燃料電池発電装置
において、燃料電池スタックより発電容量の小さい第２
の燃料電池スタックを配設し、燃料電池スタックの燃料
極から排出されるガスの一部を供給するとともに第２の
燃料電池スタックの発電電流を連続的に変化させ第２の
燃料電池スタックのセル電圧の低下傾向が大きくなる時
点で原燃料ガスに含まれる炭化水素濃度を演算し、燃料
電池スタックに供給される水素の量が所定の値となるよ
うに原燃料ガスの流量を調節するようにしたので、原燃
料ガス中に含まれる炭化水素濃度が変動した場合でも、
不具合を生じることなく定格運転の継続が可能であるこ
とは勿論のこと、高精度の制御が可能なりん酸型燃料電
池発電装置を提供することができる。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a reformer for generating a reformed gas by heating a raw fuel gas and reforming the raw fuel gas through a catalyst filled therein. That converts carbon monoxide contained in hydrogen into hydrogen by a shift reaction
In a phosphoric acid type fuel cell power generation device comprising a shifter and a fuel cell stack that generates electricity by reacting hydrogen contained in reformed gas supplied from a CO shifter with oxygen contained in air, the fuel cell No. 2 power generation capacity smaller than stack
Of the second fuel cell stack by supplying a part of the gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack and continuously changing the power generation current of the second fuel cell stack At the time when the voltage decreasing tendency becomes large, the hydrocarbon concentration contained in the raw fuel gas is calculated, and the flow rate of the raw fuel gas is adjusted so that the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack becomes a predetermined value. Therefore, even if the hydrocarbon concentration in the raw fuel gas fluctuates,
It is possible to provide a phosphoric acid type fuel cell power generation device capable of performing high-precision control as well as being able to continue the rated operation without causing a problem.
【００４５】又、この発明の請求項７によれば、請求項
１ないし６のいずれかにおいて、第２の燃料電池スタッ
クの総セル面積を燃料電池スタックの総セル面積の数百
分の一以下に構成したので、保守点検が容易なりん酸型
燃料電池発電装置を提供することができる。According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the total cell area of the second fuel cell stack is not more than one hundredth of the total cell area of the fuel cell stack. Therefore, the maintenance and inspection can be easily performed, and the phosphoric acid type fuel cell power generator can be provided.
【図１】 この発明の実施の形態１におけるりん酸型燃
料電池発電装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a phosphoric acid fuel cell power generator according to Embodiment 1 of the present invention.
【図２】 燃料電池スタックのセル電圧と燃料利用率の
関係を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a cell voltage of a fuel cell stack and a fuel utilization rate.
【図３】 この発明の実施の形態２におけるりん酸型燃
料電池発電装置の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a phosphoric acid fuel cell power generator according to Embodiment 2 of the present invention.
【図４】 この発明の実施の形態３におけるりん酸型燃
料電池発電装置の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a phosphoric acid fuel cell power generator according to Embodiment 3 of the present invention.
【図５】 この発明の実施の形態４におけるりん酸型燃
料電池発電装置の構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a phosphoric acid fuel cell power generator according to Embodiment 4 of the present invention.
【図６】 従来のりん酸型燃料電池発電装置の構成を示
すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional phosphoric acid fuel cell power generator.
２０ 改質器、２１ ＣＯ変成器、２２ 燃料電池スタ
ック、２７，３５ 第２の燃料電池スタック、３０ セ
ル電圧計測器、２６，３１，３６ 流量調節弁、３２，
３４，３７ 原燃料ガス組成演算回路、３３ 発電電流
制御部。Reference Signs List 20 reformer, 21 CO shift converter, 22 fuel cell stack, 27, 35 second fuel cell stack, 30 cell voltage measuring instrument, 26, 31, 36 flow control valve, 32,
34, 37 Raw fuel gas composition calculation circuit, 33 Generated current control unit.
Claims (7)
媒を介して改質することにより改質ガスを生成する改質
器と、上記改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成反応
により水素に変換するＣＯ変成器と、上記ＣＯ変成器よ
り供給される改質ガス中に含まれる水素と空気中に含ま
れる酸素を反応させて発電する燃料電池スタックとを備
えたりん酸型燃料電池発電装置において、上記燃料電池
スタックより発電容量の小さい第２の燃料電池スタック
を配設し、上記燃料電池スタックの燃料利用率より高い
燃料利用率となるように上記燃料電池スタックに供給さ
れる改質ガスの一部を供給するとともに、上記第２の燃
料電池スタックのセル電圧が所定の値となるように上記
原燃料ガスの流量を調節するようにしたことを特徴とす
るりん酸型燃料電池発電装置。1. A reformer for producing a reformed gas by heating a raw fuel gas and reforming it via a catalyst filled therein, and a shift reaction of carbon monoxide contained in the reformed gas. Phosphoric acid fuel comprising: a CO converter for converting hydrogen into hydrogen by a fuel cell stack; and a fuel cell stack for generating electricity by reacting hydrogen contained in reformed gas supplied from the CO converter with oxygen contained in air. In the battery power generation device, a second fuel cell stack having a smaller power generation capacity than the fuel cell stack is provided, and the fuel cell stack is supplied to the fuel cell stack so as to have a fuel utilization rate higher than the fuel utilization rate of the fuel cell stack. A phosphoric acid-type fuel, wherein a part of the reformed gas is supplied and a flow rate of the raw fuel gas is adjusted so that a cell voltage of the second fuel cell stack becomes a predetermined value. battery Power generator.
媒を介して改質することにより改質ガスを生成する改質
器と、上記改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成反応
により水素に変換するＣＯ変成器と、上記ＣＯ変成器よ
り供給される改質ガス中に含まれる水素と空気中に含ま
れる酸素を反応させて発電する燃料電池スタックとを備
えたりん酸型燃料電池発電装置において、上記燃料電池
スタックより発電容量の小さい第２の燃料電池スタック
を配設し、上記燃料電池スタックに供給される改質ガス
の一部を供給するとともに上記第２の燃料電池スタック
に供給される改質ガスの流量を連続的に変化させ上記第
２の燃料電池スタックのセル電圧の低下傾向が大きくな
る時点で上記原燃料ガスに含まれる炭化水素濃度を演算
し、上記燃料電池スタックに供給される水素の量が所定
の値となるように上記原燃料ガスの流量を調節するよう
にしたことを特徴とするりん酸型燃料電池発電装置。2. A reformer for producing a reformed gas by heating a raw fuel gas and reforming it via a catalyst filled therein, and a shift reaction of carbon monoxide contained in the reformed gas. Phosphoric acid fuel comprising: a CO converter for converting hydrogen into hydrogen by a fuel cell stack; and a fuel cell stack for generating electricity by reacting hydrogen contained in reformed gas supplied from the CO converter with oxygen contained in air. In the battery power generator, a second fuel cell stack having a smaller power generation capacity than the fuel cell stack is provided, a part of the reformed gas supplied to the fuel cell stack is supplied, and the second fuel cell stack is provided. When the flow rate of the reformed gas supplied to the fuel cell is continuously changed and the cell voltage of the second fuel cell stack has a tendency to decrease, the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas is calculated. S A phosphoric acid fuel cell power generator, wherein the flow rate of the raw fuel gas is adjusted so that the amount of hydrogen supplied to the tack becomes a predetermined value.
媒を介して改質することにより改質ガスを生成する改質
器と、上記改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成反応
により水素に変換するＣＯ変成器と、上記ＣＯ変成器よ
り供給される改質ガス中に含まれる水素と空気中に含ま
れる酸素を反応させて発電する燃料電池スタックとを備
えたりん酸型燃料電池発電装置において、上記燃料電池
スタックより発電容量の小さい第２の燃料電池スタック
を配設し、上記燃料電池スタックに供給される改質ガス
の一部を供給するとともに上記第２の燃料電池スタック
の発電電流を連続的に変化させ上記第２の燃料電池スタ
ックのセル電圧の低下傾向が大きくなる時点で上記原燃
料ガスに含まれる炭化水素濃度を演算し、上記燃料電池
スタックに供給される水素の量が所定の値となるように
上記原燃料ガスの流量を調節するようにしたことを特徴
とするりん酸型燃料電池発電装置。3. A reformer for producing a reformed gas by heating a raw fuel gas and reforming it via a catalyst filled therein, and a conversion reaction of carbon monoxide contained in the reformed gas. Phosphoric acid fuel comprising: a CO converter for converting hydrogen into hydrogen by a fuel cell stack; and a fuel cell stack for generating electricity by reacting hydrogen contained in reformed gas supplied from the CO converter with oxygen contained in air. In the battery power generator, a second fuel cell stack having a smaller power generation capacity than the fuel cell stack is provided, a part of the reformed gas supplied to the fuel cell stack is supplied, and the second fuel cell stack is provided. When the generation current of the second fuel cell stack is continuously changed and the cell voltage of the second fuel cell stack tends to decrease, the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas is calculated and supplied to the fuel cell stack. Wherein the flow rate of the raw fuel gas is adjusted so that the amount of hydrogen becomes a predetermined value.
媒を介して改質することにより改質ガスを生成する改質
器と、上記改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成反応
により水素に変換するＣＯ変成器と、上記ＣＯ変成器よ
り供給される改質ガス中に含まれる水素と空気中に含ま
れる酸素を反応させて発電する燃料電池スタックとを備
えたりん酸型燃料電池発電装置において、上記燃料電池
スタックより発電容量の小さい第２の燃料電池スタック
を配設し、上記燃料電池スタックの燃料利用率より高い
燃料利用率となるように上記燃料電池スタックの燃料極
から排出されるガスの一部を供給するとともに、上記第
２の燃料電池スタックのセル電圧が所定の値となるよう
に上記原燃料ガスの流量を調節するようにしたことを特
徴とするりん酸型燃料電池発電装置。4. A reformer for producing a reformed gas by heating a raw fuel gas and reforming it via a catalyst filled therein, and a conversion reaction of carbon monoxide contained in the reformed gas. Phosphoric acid fuel comprising: a CO converter for converting hydrogen into hydrogen by a fuel cell stack; and a fuel cell stack for generating electricity by reacting hydrogen contained in reformed gas supplied from the CO converter with oxygen contained in air. In the battery power generator, a second fuel cell stack having a smaller power generation capacity than the fuel cell stack is provided, and a fuel utilization rate of the fuel cell stack is set to be higher than a fuel utilization rate of the fuel cell stack. A phosphoric acid type wherein a part of the discharged gas is supplied and a flow rate of the raw fuel gas is adjusted so that a cell voltage of the second fuel cell stack becomes a predetermined value. Burning Battery generator.
媒を介して改質することにより改質ガスを生成する改質
器と、上記改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成反応
により水素に変換するＣＯ変成器と、上記ＣＯ変成器よ
り供給される改質ガス中に含まれる水素と空気中に含ま
れる酸素を反応させて発電する燃料電池スタックとを備
えたりん酸型燃料電池発電装置において、上記燃料電池
スタックより発電容量の小さい第２の燃料電池スタック
を配設し、上記燃料電池スタックの燃料極から排出され
るガスの一部を供給するとともに上記第２の燃料電池ス
タックに供給される上記ガスの流量を連続的に変化させ
上記第２の燃料電池スタックのセル電圧の低下傾向が大
きくなる時点で上記原燃料ガスに含まれる炭化水素濃度
を演算し、上記燃料電池スタックに供給される水素の量
が所定の値となるように上記原燃料ガスの流量を調節す
るようにしたことを特徴とするりん酸型燃料電池発電装
置。5. A reformer for producing a reformed gas by heating a raw fuel gas and reforming it via a catalyst filled therein, and a conversion reaction of carbon monoxide contained in the reformed gas. Phosphoric acid fuel comprising: a CO converter for converting hydrogen into hydrogen by a fuel cell stack; and a fuel cell stack for generating electricity by reacting hydrogen contained in reformed gas supplied from the CO converter with oxygen contained in air. In the battery power generator, a second fuel cell stack having a smaller power generation capacity than the fuel cell stack is provided, a part of gas discharged from a fuel electrode of the fuel cell stack is supplied, and the second fuel cell is When the flow rate of the gas supplied to the stack is continuously changed and the cell voltage of the second fuel cell stack tends to decrease, the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas is calculated. A phosphoric acid fuel cell power generator, wherein the flow rate of the raw fuel gas is adjusted so that the amount of hydrogen supplied to the cell stack becomes a predetermined value.
媒を介して改質することにより改質ガスを生成する改質
器と、上記改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成反応
により水素に変換するＣＯ変成器と、上記ＣＯ変成器よ
り供給される改質ガス中に含まれる水素と空気中に含ま
れる酸素を反応させて発電する燃料電池スタックとを備
えたりん酸型燃料電池発電装置において、上記燃料電池
スタックより発電容量の小さい第２の燃料電池スタック
を配設し、上記燃料電池スタックの燃料極から排出され
るガスの一部を供給するとともに上記第２の燃料電池ス
タックの発電電流を連続的に変化させ上記第２の燃料電
池スタックのセル電圧の低下傾向が大きくなる時点で上
記原燃料ガスに含まれる炭化水素濃度を演算し、上記燃
料電池スタックに供給される水素の量が所定の値となる
ように上記原燃料ガスの流量を調節するようにしたこと
を特徴とするりん酸型燃料電池発電装置。6. A reformer for producing a reformed gas by heating a raw fuel gas and reforming it via a catalyst filled therein, and a shift reaction of carbon monoxide contained in the reformed gas. Phosphoric acid fuel comprising: a CO converter for converting hydrogen into hydrogen by a fuel cell stack; and a fuel cell stack for generating electricity by reacting hydrogen contained in reformed gas supplied from the CO converter with oxygen contained in air. In the battery power generator, a second fuel cell stack having a smaller power generation capacity than the fuel cell stack is provided, a part of gas discharged from a fuel electrode of the fuel cell stack is supplied, and the second fuel cell is When the power generation current of the stack is continuously changed and the cell voltage of the second fuel cell stack has a tendency to decrease, the concentration of hydrocarbons contained in the raw fuel gas is calculated and supplied to the fuel cell stack. A phosphoric acid fuel cell power generator, wherein the flow rate of the raw fuel gas is adjusted so that the amount of supplied hydrogen becomes a predetermined value.
積が燃料電池スタックの総セル面積の数百分の一以下に
構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のい
ずれかに記載のりん酸型燃料電池発電装置。7. The fuel cell stack according to claim 1, wherein a total cell area of the second fuel cell stack is less than one hundredth of a total cell area of the fuel cell stack. The phosphoric acid type fuel cell power generator according to the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10180790A JP2000012046A (en) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | Phosphoric acid type fuel cell power generating system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10180790A JP2000012046A (en) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | Phosphoric acid type fuel cell power generating system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000012046A true JP2000012046A (en) | 2000-01-14 |
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ID=16089384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10180790A Pending JP2000012046A (en) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | Phosphoric acid type fuel cell power generating system |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000012046A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1998
- 1998-06-26 JP JP10180790A patent/JP2000012046A/en active Pending
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