JP2002175824A - Power source system and warming method of solid oxide fuel cell in power generation system using solid oxide fuel cell - Google Patents

Power source system and warming method of solid oxide fuel cell in power generation system using solid oxide fuel cell

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JP2002175824A
JP2002175824A JP2000373858A JP2000373858A JP2002175824A JP 2002175824 A JP2002175824 A JP 2002175824A JP 2000373858 A JP2000373858 A JP 2000373858A JP 2000373858 A JP2000373858 A JP 2000373858A JP 2002175824 A JP2002175824 A JP 2002175824A
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JP
Japan
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internal combustion
combustion engine
solid oxide
power source
fuel
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JP2000373858A
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Japanese (ja)
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Hisashi Aoyama
尚志 青山
Yasuo Takagi
靖雄 高木
Hiroshi Komatsu
宏 小松
Kazuhiko Ishiwatari
和比古 石渡
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve reliability of a power source system, using a solid oxide fuel cell(SOFC) and facilitating warming operation of the SOFC. SOLUTION: As a means of producing a reformed gas to the SOFC 3, an internal combustion engine (reciprocal type reformer) 1, which operates by the theoretical air fuel ratio and the air fuel ratio in a state thicker than this in fuel is used. At of the warming operation of the SOFC 3, while the reciprocal type reformer 1 is being operated by he theoretical air fuel ratio, its output is made as the output of the system.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、動力源システム及
び固体酸化物燃料電池を用いた発電システムにおける固
体酸化物燃料電池の暖機方法に関し、より詳細には、固
体酸化物燃料電池の暖機運転、及び固体酸化物燃料電池
の発電力不足の補充に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power source system and a method for warming up a solid oxide fuel cell in a power generation system using the solid oxide fuel cell, and more particularly, to warming up a solid oxide fuel cell. Operation and replenishment of insufficient power generation of solid oxide fuel cells.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、動力源システムにおける発電
源として、固体酸化物燃料電池(以下「SOFC」とも
いう。)を採用したものがある。このSOFCは、天然
ガス、メタノール、ガソリン、軽油、ナフサなどの原燃
料を改質して使用することができ、燃料多様性に優れて
いる。SOFCの作動温度は500[℃]以上の高温で
あるため、電極での内部改質も可能ではあるが、電極の
材質の制約などがあり、改質をより効率的に行うには、
電池の外部に改質器を備え、燃料を改質した後に、得ら
れた改質ガスをSOFCの燃料極に導くのが一般的であ
る(特開平10−214631号公報参照)。
2. Description of the Related Art Heretofore, there has been a power source system employing a solid oxide fuel cell (hereinafter, also referred to as "SOFC") as a power source. This SOFC can be used by reforming raw fuels such as natural gas, methanol, gasoline, light oil, and naphtha, and is excellent in fuel diversity. Since the operating temperature of the SOFC is as high as 500 [° C.] or more, internal reforming at the electrode is also possible, but there are restrictions on the material of the electrode and the like.
Generally, a reformer is provided outside the battery to reform the fuel, and then the resulting reformed gas is led to the fuel electrode of the SOFC (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-214631).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
外部改質とSOFCとを組み合わせた動力源システム
は、システム構成が複雑であり、信頼性に問題があっ
た。また、SOFCは、固体酸化物が充分なイオン伝導
度を有する温度域に達していないうちは満足な発電を行
うことができない。このため、始動後早い段階から充分
な動力を得るには、SOFCや改質器の暖機用に、燃焼
器や電気ヒータなどの特別な熱源が必要となる。加え
て、始動時を含めSOFCが所定の発電力を発揮するま
での間や過渡時などにSOFCの発電力不足を補うに
は、相当量の2次電池を備える必要もある。これらをシ
ステムに付加すれば、コスト、容積、重量などが増大
し、またシステム構成が一層複雑化する。
However, the power source system combining the conventional external reforming and SOFC has a complicated system configuration and has a problem in reliability. Further, the SOFC cannot perform satisfactory power generation until the temperature of the solid oxide has reached a temperature range having a sufficient ionic conductivity. Therefore, in order to obtain sufficient power from an early stage after the start, a special heat source such as a combustor or an electric heater is required for warming up the SOFC or the reformer. In addition, it is necessary to provide a considerable amount of secondary batteries in order to compensate for the shortage of power generation of the SOFC until the SOFC exhibits a predetermined power generation including at the time of start-up or during transition. If these are added to the system, the cost, volume, weight, etc. increase, and the system configuration becomes more complicated.

【0004】本発明は、このような実状に鑑み、SOF
Cを用いたシンプルな動力源システムを提供するととも
に、SOFCの暖機運転及びSOFCの発電力不足の補
充を、上記の不利を伴わずに可能とすることを目的とし
てなされたものである。
[0004] In view of such a situation, the present invention provides a SOF.
The object of the present invention is to provide a simple power source system using C, and to enable the warming-up operation of the SOFC and the supplement of the insufficient power generation of the SOFC without the disadvantages described above.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】このため、請求項1に記
載の発明に係る動力源システムは、炭化水素系原燃料を
燃料とし、理論空燃比及びこれより燃料の過濃な状態で
の運転を切り換えて行う第1の内燃機関と、該第1の内
燃機関の燃焼生成ガスを燃料極側に受け入れる固体酸化
物燃料電池と、を含んで構成される。
Therefore, the power source system according to the first aspect of the present invention operates on a stoichiometric air-fuel ratio and a fuel-rich state based on the stoichiometric hydrocarbon fuel. And a solid oxide fuel cell that receives the combustion product gas of the first internal combustion engine on the fuel electrode side.

【0006】請求項2に記載の発明に係る動力源システ
ムは、前記第1の内燃機関は、前記固体酸化物燃料電池
の暖機運転時において、理論空燃比で運転することを特
徴とする。請求項3に記載の発明に係る動力源システム
は、前記暖機運転時において、前記第1の内燃機関によ
る回転動力を出力することを特徴とする。
A power source system according to a second aspect of the present invention is characterized in that the first internal combustion engine operates at a stoichiometric air-fuel ratio during a warm-up operation of the solid oxide fuel cell. A power source system according to a third aspect of the invention is characterized in that during the warm-up operation, the first internal combustion engine outputs rotational power.

【0007】請求項4に記載の発明に係る動力源システ
ムは、前記第1の内燃機関に水蒸気若しくは水を供給す
る水蒸気供給装置を設けたことを特徴とする。請求項5
に記載の発明に係る動力源システムは、前記第1の内燃
機関は、前記固体酸化物燃料電池の空気極側に接続され
た空気供給装置を駆動することを特徴とする。
A power source system according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that a steam supply device for supplying steam or water to the first internal combustion engine is provided. Claim 5
The power source system according to the present invention is characterized in that the first internal combustion engine drives an air supply device connected to an air electrode side of the solid oxide fuel cell.

【0008】請求項6に記載の発明に係る動力源システ
ムは、前記空気供給装置は往復式圧縮機であり、その駆
動軸を前記第1の内燃機関の出力軸に接続したことを特
徴とする。請求項7に記載の発明に係る動力源システム
は、前記往復式圧縮機として、非燃焼運転に切換可能な
第2の内燃機関を備えることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the power source system, the air supply device is a reciprocating compressor, and a drive shaft thereof is connected to an output shaft of the first internal combustion engine. . A power source system according to a seventh aspect of the present invention is characterized in that the reciprocating compressor includes a second internal combustion engine that can be switched to non-combustion operation.

【0009】請求項8に記載の発明に係る動力源システ
ムは、前記第2の内燃機関の排気ポートを、前記固体酸
化物燃料電池の空気室入口に接続したことを特徴とす
る。請求項9に記載の発明に係る動力源システムは、前
記第2の内燃機関は、前記固体酸化物燃料電池の暖機運
転時において、燃焼運転を行うことを特徴とする。請求
項10に記載の発明に係る動力源システムは、第3の内
燃機関を備え、その吸気ポートを前記固体酸化物燃料電
池の燃料室出口に接続したことを特徴とする。
The power source system according to the present invention is characterized in that an exhaust port of the second internal combustion engine is connected to an air chamber inlet of the solid oxide fuel cell. A power source system according to a ninth aspect of the present invention is characterized in that the second internal combustion engine performs a combustion operation during a warm-up operation of the solid oxide fuel cell. A power source system according to a tenth aspect of the present invention is provided with a third internal combustion engine, the intake port of which is connected to a fuel chamber outlet of the solid oxide fuel cell.

【0010】請求項11に記載の発明に係る動力源シス
テムは、前記第3の内燃機関の出力軸を、前記第1の内
燃機関の出力軸に接続したことを特徴とする。請求項1
2に記載の発明に係る動力源システムは、前記第3の内
燃機関に前記炭化水素系原燃料を供給する燃料供給装置
を設けたことを特徴とする。請求項13に記載の発明に
係る動力源システムは、前記燃料供給装置は、始動時、
過渡時及び高負荷時のうち少なくともいずれか1つの条
件において、前記炭化水素系原燃料を供給することを特
徴とする。
A power source system according to an eleventh aspect of the present invention is characterized in that an output shaft of the third internal combustion engine is connected to an output shaft of the first internal combustion engine. Claim 1
The power source system according to the invention described in Item 2, is characterized in that a fuel supply device that supplies the hydrocarbon-based raw fuel to the third internal combustion engine is provided. The power source system according to the invention according to claim 13, wherein the fuel supply device is configured to start up,
The hydrocarbon-based raw fuel is supplied under at least one of a transient state and a high load condition.

【0011】請求項14に記載の発明に係る動力源シス
テムは、改質ガス生成手段と、該手段によって生成され
た改質ガスを燃料極側に受け入れる固体酸化物燃料電池
と、を含んで構成される動力源システムであって、前記
改質ガス生成手段は、燃料過剰下での燃焼によって水素
と一酸化炭素とを主成分とする改質ガスを生成する一
方、所定の条件において、理論空燃比での燃焼に切り換
えることを特徴とする。
A power source system according to a fourteenth aspect of the present invention includes a reformed gas generating means, and a solid oxide fuel cell for receiving the reformed gas generated by the means on the fuel electrode side. Wherein the reformed gas generating means generates reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components by combustion under excess fuel, while generating stoichiometric air under predetermined conditions. It is characterized by switching to combustion at the fuel ratio.

【0012】請求項15に記載の発明に係る動力源シス
テムは、前記所定の条件は、前記固体酸化物燃料電池の
暖機運転時であることを特徴とする。請求項16に記載
の発明に係る動力源システムは、前記改質ガス生成手段
はレシプロ型改質器であり、前記暖機運転時おいて、該
改質器による回転動力を出力することを特徴とする。
The power source system according to the invention of claim 15 is characterized in that the predetermined condition is a warm-up operation of the solid oxide fuel cell. The power source system according to the present invention is characterized in that the reformed gas generation means is a reciprocating reformer, and outputs the rotational power of the reformer during the warm-up operation. And

【0013】請求項17に記載の発明に係る固体酸化物
燃料電池を用いた発電システムにおける固体酸化物燃料
電池の暖機方法は、通常時において、燃料過剰下での燃
焼によって水素と一酸化炭素とを主成分とする改質ガス
を生成し、生成された改質ガスを固体酸化物燃料電池の
燃料極に導く一方、前記固体酸化物燃料電池の暖機運転
時において、理論空燃比での燃焼に制御すること特徴と
する。
[0013] A method for warming up a solid oxide fuel cell in a power generation system using the solid oxide fuel cell according to the invention according to claim 17 is a method for warming up hydrogen and carbon monoxide in a normal state by combustion under excess fuel. While generating a reformed gas containing as a main component, and guiding the generated reformed gas to the fuel electrode of the solid oxide fuel cell, and during the warm-up operation of the solid oxide fuel cell, the stoichiometric air-fuel ratio It is characterized by controlling to combustion.

【0014】[0014]

【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、第1の
内燃機関を理論空燃比より燃料が過濃な状態で運転する
ことにより、燃焼生成ガスは、水素(H2 )と一酸化炭
素(CO)とを主成分とする、発電に適した組成とな
り、固体酸化物燃料電池へは、このような発電に適した
組成の燃焼生成ガスが安定して提供される。一方、第1
の内燃機関を理論空燃比で運転すれば、このときに排出
される比較的高温の燃焼生成ガスにより、固体酸化物燃
料電池を迅速に加熱することができる。
According to the first aspect of the invention, by operating the first internal combustion engine in a state where the fuel is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the combustion product gas and the hydrogen (H 2 ) are reduced by one. A composition suitable for power generation, which contains carbon oxide (CO) as a main component, is provided to the solid oxide fuel cell stably with a combustion product gas having a composition suitable for such power generation. Meanwhile, the first
By operating the internal combustion engine at the stoichiometric air-fuel ratio, the solid oxide fuel cell can be quickly heated by the relatively high-temperature combustion product gas discharged at this time.

【0015】請求項2に記載の発明によれば、電気ヒー
タなどの特別な熱源を付加することなく、固体酸化物燃
料電池の暖機運転を行うことができる。請求項3に記載
の発明によれば、暖機運転時における固体酸化物燃料電
池の発電力不足を第1の内燃機関の回転動力によって補
い、暖機運転時において要求される動力を伝えることが
できる。
According to the second aspect of the invention, the warm-up operation of the solid oxide fuel cell can be performed without adding a special heat source such as an electric heater. According to the third aspect of the invention, the shortage of power generation of the solid oxide fuel cell during the warm-up operation is compensated for by the rotational power of the first internal combustion engine, and the power required during the warm-up operation is transmitted. it can.

【0016】請求項4に記載の発明によれば、燃焼生成
ガスに含まれるカーボン(煤)を減らすことができる。
請求項5に記載の発明によれば、専用の動力装置を付加
することなく、固体酸化物燃料電池に空気を供給するこ
とができるため、よりシンプルな動力源システムの構築
が可能となる。
According to the fourth aspect of the present invention, carbon (soot) contained in the combustion product gas can be reduced.
According to the fifth aspect of the present invention, since air can be supplied to the solid oxide fuel cell without adding a dedicated power unit, a simpler power source system can be constructed.

【0017】請求項6に記載の発明によれば、シンプル
な動力源システムを簡単に構築することできる。請求項
7に記載の発明によれば、第2の内燃機関を非燃焼運転
させることで圧縮機として機能させ、固体酸化物燃料電
池に空気を供給することができる。請求項8に記載の発
明によれば、第2の内燃機関の燃焼運転時において、そ
の排気熱によって固体酸化物燃料電池の加熱を促進する
ことができる。
According to the invention described in claim 6, a simple power source system can be easily constructed. According to the seventh aspect of the present invention, the second internal combustion engine is caused to function as a compressor by performing non-combustion operation, and air can be supplied to the solid oxide fuel cell. According to the invention described in claim 8, during the combustion operation of the second internal combustion engine, the heating of the solid oxide fuel cell can be promoted by the exhaust heat.

【0018】請求項9に記載の発明によれば、第2の内
燃機関からの排気熱によって固体酸化物燃料電池の加熱
を促進するとともに、暖機運転時における固体酸化物燃
料電池の発電力不足を、第2の内燃機関の回転動力によ
って補うことができる。請求項10に記載の発明によれ
ば、第3の内燃機関により、固体酸化物燃料電池から排
出された未反応燃料ガスのもつエネルギーの少なくとも
一部を、動力として回収することができる。
According to the ninth aspect, the heating of the solid oxide fuel cell is promoted by the exhaust heat from the second internal combustion engine, and the power generation of the solid oxide fuel cell during the warm-up operation is insufficient. Can be compensated for by the rotational power of the second internal combustion engine. According to the tenth aspect, at least a part of the energy of the unreacted fuel gas discharged from the solid oxide fuel cell can be recovered as power by the third internal combustion engine.

【0019】請求項11に記載の発明によれば、第3の
内燃機関によって回収されたエネルギーを、システムの
効率化に反映させることができる。請求項12に記載の
発明によれば、第3の内燃機関の回転動力を簡単に高め
ることができる。請求項13に記載の発明によれば、炭
化水素系原燃料を供給する時期が適正化され、固体酸化
物燃料電池の発電力不足を特に補う必要が生じる条件に
おいて第3の内燃機関から高い出力が得られる。
According to the eleventh aspect, the energy recovered by the third internal combustion engine can be reflected on the efficiency of the system. According to the twelfth aspect, the rotational power of the third internal combustion engine can be easily increased. According to the thirteenth aspect, the timing of supplying the hydrocarbon-based raw fuel is optimized, and the high output from the third internal combustion engine under the condition that it is necessary to particularly compensate for the insufficient power generation of the solid oxide fuel cell Is obtained.

【0020】請求項14に記載の発明によれば、改質ガ
ス生成手段が理論空燃比での燃焼を行うことにより、固
体酸化物燃料電池は、比較的高温ガスを受け入れること
になるため、固体酸化物燃料電池を迅速に加熱すること
ができる。請求項15に記載の発明によれば、電気ヒー
タなどの特別な熱源を付加することなく、固体酸化物燃
料電池の暖機運転を行うことができる。
According to the fourteenth aspect of the present invention, since the reformed gas generating means performs combustion at the stoichiometric air-fuel ratio, the solid oxide fuel cell receives a relatively high temperature gas. The oxide fuel cell can be heated quickly. According to the fifteenth aspect, the warm-up operation of the solid oxide fuel cell can be performed without adding a special heat source such as an electric heater.

【0021】請求項16に記載の発明によれば、暖機運
転時における固体酸化物燃料電池の発電力不足をレシプ
ロ型改質器の回転動力によって補い、暖機運転時におい
て要求される動力を伝えることができる。請求項17に
係る発明によれば、固体酸化物燃料電池の暖機運転のた
めの特別な熱源を必要としない発電システムを構築する
ことができる。
According to the sixteenth aspect of the invention, the insufficient power generation of the solid oxide fuel cell during the warm-up operation is compensated for by the rotational power of the reciprocating reformer, and the power required during the warm-up operation is reduced. Can tell. According to the seventeenth aspect, it is possible to construct a power generation system that does not require a special heat source for a warm-up operation of the solid oxide fuel cell.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
の実施の形態について説明する。なお、図1〜9におい
て、流体の移動経路(すなわち、配管系)を実線で、機
械的な動力の伝達経路を1点鎖線で、また信号の伝送経
路を含む電気的な接続経路を2点鎖線で示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIGS. 1 to 9, the moving path of the fluid (that is, the piping system) is indicated by a solid line, the transmission path of mechanical power is indicated by a one-dot chain line, and the electrical connection path including the signal transmission path is indicated by two points. This is indicated by a chain line.

【0023】まず、第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る動力源システムS1の全体的
な構成の概略を示したものであり、本システムS1は、
内燃機関(後述するように、炭化水素系原燃料の改質器
として機能するため、図ではF/Rで表記している。)
1とSOFC(固体酸化物燃料電池)3とを主な構成要
素としている。
First, a first embodiment will be described.
FIG. 1 schematically shows an overall configuration of a power source system S1 according to the present embodiment.
Internal combustion engine (as will be described later, it functions as a hydrocarbon-based raw fuel reformer, and is therefore represented by F / R in the figure).
1 and an SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) 3 as main components.

【0024】内燃機関1には、上流側に空気吸入経路C
f1が接続し、その途中に燃料混合室5が形成されてい
る。また、燃料混合室5には、燃料供給経路Cf2が接
続している。一方、内燃機関1の下流側には、燃焼生成
ガス流通経路Cf3が接続し、内燃機関1とSOFC3
の燃料室とを接続している。燃焼生成ガス流通経路Cf
3の途中には、熱交換器6が設けられている。熱交換器
6には、水蒸気供給経路Cf4が接続しており、熱交換
器6の上流から水が供給され、燃焼生成ガスとの間の熱
交換によって気化(蒸発)した水蒸気が下流に流れて空
気吸入経路Cf1に導かれるようになっている。また、
SOFC3の燃料室出口には、排気経路Cf5が接続し
ている。
The internal combustion engine 1 has an air intake path C on the upstream side.
f1 is connected, and a fuel mixing chamber 5 is formed on the way. Further, a fuel supply path Cf2 is connected to the fuel mixing chamber 5. On the other hand, a combustion product gas flow path Cf3 is connected to the downstream side of the internal combustion engine 1, and the internal combustion engine 1 and the SOFC 3
Connected to the fuel chamber. Combustion gas flow path Cf
A heat exchanger 6 is provided in the middle of 3. A water vapor supply path Cf4 is connected to the heat exchanger 6, and water is supplied from an upstream side of the heat exchanger 6, and steam vaporized (evaporated) by heat exchange with a combustion product gas flows downstream. The air is led to the air suction path Cf1. Also,
An exhaust passage Cf5 is connected to a fuel chamber outlet of the SOFC 3.

【0025】SOFC3の空気室には、空気流通経路C
f6が接続しており、圧縮機7によって空気が加圧さ
れ、空気室に送られるようになっている。SOFC3に
は、電気モータ8との間に電力伝達経路Ceが形成され
ており、SOFC3による発電電力は電気モータ8に供
給され、電気モータ8において回転動力に変換される。
The air chamber of the SOFC 3 has an air flow path C
f6 is connected, and air is pressurized by the compressor 7 and sent to the air chamber. A power transmission path Ce is formed in the SOFC 3 between the SOFC 3 and the electric motor 8, and the power generated by the SOFC 3 is supplied to the electric motor 8 and converted into rotational power in the electric motor 8.

【0026】電気モータ8の出力は、動力伝達経路Cd
を介して駆動対象物(例えば、車両における駆動輪)9
に伝えられる。また、動力伝達経路Cdの途中には、ギ
アボックス10が設けられており、ギアボックス10と
内燃機関1との間に動力伝達経路Cr1が形成され、内
燃機関1の出力が、ギアボックス10を介して駆動対象
物9に伝えられるようになっている。
The output of the electric motor 8 is a power transmission path Cd
(Eg, driving wheels in a vehicle) 9
Conveyed to. A gearbox 10 is provided in the middle of the power transmission path Cd, and a power transmission path Cr1 is formed between the gearbox 10 and the internal combustion engine 1 so that the output of the internal combustion engine 1 The driving object 9 is transmitted to the driving object 9 via the control unit 9.

【0027】次に、本システムS1について、具体的な
構造を基に説明する。まず、図2を参照して、内燃機関
1について説明する。図2は、内燃機関1の断面図を示
すとともに、その周辺要素との接続状態を併記してい
る。内燃機関1は、燃料の燃焼膨張力をピストン11の
往復運動を介してクランクシャフト12(図では、1点
鎖線で示す。)の回転力として取り出すことができる、
いわゆるレシプロ型の内燃機関である。
Next, the system S1 will be described based on a specific structure. First, the internal combustion engine 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the internal combustion engine 1 and also shows a connection state with peripheral elements thereof. The internal combustion engine 1 can take out the combustion expansion force of the fuel as the rotational force of the crankshaft 12 (indicated by a dashed line in the figure) via the reciprocating motion of the piston 11.
This is a so-called reciprocating internal combustion engine.

【0028】ここでは、内燃機関1は、動力発生装置と
いうよりは、むしろ、燃料の過剰供給下での運転によっ
て水素(H2 )と一酸化炭素(CO)とを主な成分とす
る改質ガスを生成することを主な目的として用いられて
いる(このため、以下の説明では、内燃機関1を「レシ
プロ型改質器」と呼ぶ。)。内燃機関1は、本発明に係
る改質ガス生成手段を構成する。
Here, the internal combustion engine 1 is not a power generating device, but rather is a reforming process in which hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) are the main components by operating under an excessive supply of fuel. The main purpose is to generate gas (for this reason, in the following description, the internal combustion engine 1 is referred to as a "reciprocating reformer"). The internal combustion engine 1 constitutes a reformed gas generation unit according to the present invention.

【0029】レシプロ型改質器1の作動原理は、本シス
テムS1においても、動力発生装置として一般的に使用
される場合と同様であるが、ここで簡単に説明すること
とする。レシプロ型改質器1に供給されるべき炭化水素
系原燃料は、図示しない燃料タンクに貯蔵されており、
燃料ポンプ13によって燃料供給経路Cf2を圧送さ
れ、経路末端のノズル14(電気的な作動原理に基づく
弁装置を設けて、任意のタイミングにおいて開放される
ように構成することができる。)から燃料混合室5に供
給される。供給された燃料は、ここを通過する空気と混
合し、燃料の過濃な混合気が形成される。
The principle of operation of the reciprocating reformer 1 is the same as that of the system S1 in the case where it is generally used as a power generator, but will be briefly described here. The hydrocarbon-based raw fuel to be supplied to the reciprocating reformer 1 is stored in a fuel tank (not shown).
The fuel supply path Cf2 is pressure-fed by the fuel pump 13, and fuel is mixed from a nozzle 14 at the end of the path (a valve device based on an electric operation principle is provided and can be opened at an arbitrary timing). It is supplied to the chamber 5. The supplied fuel mixes with the air passing therethrough to form a rich mixture of fuel.

【0030】また、空気吸入経路Cf1と水蒸気供給経
路Cf4との接続部に弁装置15が設けられ、これを図
示しない電子制御ユニットからの信号に応じて開閉さ
せ、燃料と空気との混合気に水蒸気を添加することがで
きるようになっている。水蒸気の添加は、空燃比に応じ
て行うことにより、後述する水蒸気改質反応を生じさせ
て、燃焼時におけるカーボンの発生を抑制することがで
きる。なお、ここで説明するのは、水蒸気をポート噴射
する例であるが、水蒸気供給経路Cf4は、燃料混合室
5に接続してもよい。
A valve device 15 is provided at a connection between the air intake passage Cf1 and the water vapor supply passage Cf4, and is opened and closed in response to a signal from an electronic control unit (not shown) to supply a fuel-air mixture. Steam can be added. By performing the addition of steam in accordance with the air-fuel ratio, a steam reforming reaction described below is caused, and the generation of carbon during combustion can be suppressed. Although an example in which steam is port-injected is described here, the steam supply path Cf4 may be connected to the fuel mixing chamber 5.

【0031】そして、燃料、空気(及び場合によっては
水蒸気)の混合気は、吸入側弁装置16による制御を受
けて燃焼室(以下「改質室」という。)17に流入し、
ピストン11の上昇に伴う所定の圧縮状態において点火
され、燃料の改質反応が起こる。さらに、膨張後再びピ
ストン12が上昇するときに排出側弁装置18が開き、
燃焼生成ガス(すなわち、改質ガス)が燃焼生成ガス流
通経路Cf3に送り出される。燃焼生成ガス流通経路C
f3を流れる燃焼生成ガスは、途中のマニフォールド部
において合流し、熱交換器6を通過する。
The mixture of fuel and air (and, in some cases, water vapor) flows into a combustion chamber (hereinafter referred to as a “reforming chamber”) 17 under the control of a suction-side valve device 16.
The fuel is ignited in a predetermined compression state accompanying the rise of the piston 11, and a fuel reforming reaction occurs. Further, when the piston 12 rises again after the expansion, the discharge-side valve device 18 opens,
The combustion product gas (that is, the reformed gas) is sent out to the combustion product gas circulation path Cf3. Combustion gas distribution path C
The combustion product gas flowing through f3 joins in the midway manifold section and passes through the heat exchanger 6.

【0032】ここで、燃料の改質原理について簡単に説
明する。この原理は、次の一般式(1)によって大方説
明することができる。
Here, the principle of fuel reforming will be briefly described. This principle can be largely explained by the following general formula (1).

【0033】[0033]

【数1】 (Equation 1)

【0034】 この改質反応は、特に「部分酸化反応」と
呼ばれ、燃料量と空気量との適切な調節によって生じる
ものである。 また、弁装置15を作動させて改質室17
に水蒸気を存在させることにより、次の水蒸気改質反応
を起こすこともできる。
[0034] This reforming reaction is particularly called “partial oxidation reaction”.
Called and caused by proper adjustment of fuel and air flow
Things. In addition, the valve device 15 is operated to operate the reforming chamber 17.
The next steam reforming reaction is caused by the presence of steam in the
Can also be caused.

【0035】[0035]

【数2】 (Equation 2)

【0036】 上式によって表される改質反応と同時に、
次の2式で表される反応も一部で行われる。
[0036] Simultaneously with the reforming reaction represented by the above equation,
The reaction represented by the following two equations is also partially performed.

【0037】[0037]

【数3】 (Equation 3)

【0038】 以上の一般式(1)〜(4)から説明され
る原理に基づいて、レシプロ型改質器1の燃料過剰下で
の運転によって得られる燃焼生成ガスは、H2 ,CO,
CH 4 を主な成分とする混合ガスとなる。なお、ここで
は、レシプロ型改質器1として火花点火式内燃機関を例
として説明したが、圧縮着火式内燃機関によっても同様
な目的を達成することができる。
[0038] It is explained from the above general formulas (1) to (4).
Based on the principle of reciprocating reformer 1
The combustion product gas obtained by the operation ofTwo, CO,
CH FourIs a mixed gas mainly composed of Here,
Is an example of a spark ignition type internal combustion engine as the reciprocating reformer 1.
However, the same applies to compression ignition type internal combustion engines.
Purpose can be achieved.

【0039】次に、図3を参照して、SOFC3につい
て説明する。図3は、SOFC3の内部構造の概略を示
した断面図である。SOFC3の内部には、固体酸化物
31を挟んで、一側に燃料室32が、また他側に空気室
33が形成されている。燃料室32には、燃焼生成ガス
流通経路Cf3の末端を形成する燃料室入口通路34
と、排気経路Cf5の末端を形成する燃料室出口通路3
5とが接続している。一方、空気室33には、空気流通
経路Cf6の空気室入口側における末端を形成する空気
室入口通路36と、空気流通経路Cf6の空気室出口側
における末端を形成する空気室出口通路37とが接続し
ている。
Next, the SOFC 3 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the internal structure of the SOFC 3. Inside the SOFC 3, a fuel chamber 32 is formed on one side and an air chamber 33 is formed on the other side with the solid oxide 31 interposed therebetween. The fuel chamber 32 has a fuel chamber inlet passage 34 which forms the end of the combustion product gas flow path Cf3.
And the fuel chamber outlet passage 3 forming the end of the exhaust passage Cf5
5 are connected. On the other hand, in the air chamber 33, an air chamber inlet passage 36 forming an end on the air chamber inlet side of the air circulation path Cf6, and an air chamber outlet passage 37 forming an end on the air chamber outlet side of the air circulation path Cf6. Connected.

【0040】そして、SOFC3が作動条件にある場合
(すなわち、通常時)には、燃焼生成ガスが燃料室32
に流入し、また空気が空気室33に流入すると、燃料極
311と空気極312との間における固体酸化物31の
作用により、流入した燃焼生成ガスの量に応じて発電が
行われる。 一方、SOFC3の非作動条件下、すなわち
始動時などのSOFC3が所定の温度域(概ね、500
[℃]以上)にない低温状態では、固体酸化物31のイ
オン伝導度がないか又はこれが充分に高いレベルにまで
達してないため、満足な発電力を得ることができない。
When the SOFC 3 is in the operating condition
In other words, during normal times, the combustion product gas is supplied to the fuel chamber 32.
When the air flows into the air chamber 33, the fuel electrode
Between the solid oxide 31 and the air electrode 312
By the action, power generation is performed according to the amount of combustion product gas that has flowed in.
Done. On the other hand, when the SOFC 3 is not operated, that is,
When the SOFC 3 at the time of starting or the like is in a predetermined temperature range (approximately 500
[° C.] or more), the solid oxide 31
No on-conductivity or a sufficiently high level
Since it has not reached, satisfactory power generation cannot be obtained.

【0041】 本システムS1は、このような条件のもと
でレシプロ型改質器1を理論空燃比での運転に切り換え
る。そして、レシプロ型改質器1において比較的高温の
燃焼生成ガスを発生させ、これを熱交換器6及び燃料室
32を通過させることにより、SOFC3や熱交換器6
などを加熱する。従って、レシプロ型改質器1は、改質
ガス生成手段としての機能だけでなく、システムの暖機
手段としての機能も兼ね備えている。
[0041] The system S1 operates under such conditions.
Switches the reciprocating reformer 1 to operation at the stoichiometric air-fuel ratio
You. In the reciprocating reformer 1, the relatively high temperature
A combustion product gas is generated, and this is supplied to the heat exchanger 6 and the fuel chamber.
32, the SOFC 3 and the heat exchanger 6
Heat etc. Therefore, the reciprocating reformer 1 is
Not only function as gas generation means, but also warm-up of system
It also has a function as a means.

【0042】レシプロ型改質器1の理論空燃比での運転
によってSOFC3が充分に暖められ、固体酸化物31
が充分なイオン伝導度を有する温度域に到達した後は、
レシプロ型改質器1を燃料過剰下での運転に切り換え、
SOFC3による発電を行う。本明細書では、このよう
にSOFC3を低温状態から所定の温度域にまで加熱す
る運転を、SOFC3の「暖機運転」という。
By operating the reciprocating reformer 1 at the stoichiometric air-fuel ratio, the SOFC 3 is sufficiently warmed and the solid oxide 31
After reaching the temperature range with sufficient ionic conductivity,
Switching the reciprocating reformer 1 to operation under excess fuel,
Power generation by SOFC3 is performed. In this specification, such an operation of heating the SOFC 3 from a low temperature state to a predetermined temperature range is referred to as a “warm-up operation” of the SOFC 3.

【0043】 次に、第2の実施形態について説明する。
図4は、本実施形態に係る動力源システムS2の全体的
な構成の概略を示したものであり、先に説明した動力源
システムS1と同じ機能を備える構成要素については、
同じ符号を付してある。 本システムS2の特徴的な構成
は、レシプロ型改質器1と、SOFC3の空気室33へ
空気を供給するための圧縮機7との間に動力伝達経路C
r2を形成し、圧縮機7をレシプロ型改質器1によって
駆動するようにしたことである。
[0043] Next, a second embodiment will be described.
FIG. 4 is an overall view of a power source system S2 according to the present embodiment.
It shows the outline of the configuration, and the power source explained earlier
For components having the same functions as the system S1,
The same reference numerals are given. Characteristic configuration of the present system S2
Goes to the reciprocating reformer 1 and the air chamber 33 of the SOFC 3.
Power transmission path C between the compressor 7 for supplying air
r2 is formed, and the compressor 7 is operated by the reciprocating reformer 1.
That is, it is driven.

【0044】ここで、圧縮機7の駆動軸は、レシプロ型
改質器1のクランクシャフト12と接続されており、レ
シプロ型改質器1の出力が圧縮機7に伝えられるように
なっている。なお、両者の接続形態としては、クランク
シャフト12と圧縮機7の駆動軸とを同軸として、クラ
ンクシャフト末端に圧縮機7を接続したり、またはベル
ト、チェーン、歯車などの動力伝達機構(図示せず)を
用いたものであってもよい。
Here, the drive shaft of the compressor 7 is connected to the crankshaft 12 of the reciprocating reformer 1, and the output of the reciprocating reformer 1 is transmitted to the compressor 7. . In addition, as a connection form of both, the crankshaft 12 and the drive shaft of the compressor 7 are made coaxial, the compressor 7 is connected to the end of the crankshaft, or a power transmission mechanism such as a belt, a chain, a gear, etc. ) May be used.

【0045】なお、レシプロ型改質器1として、吸排気
弁を持ち、これらの弁をクランクシャフト12と接続す
る動弁軸によって駆動する方式のものを使用する場合に
は、この動弁軸から圧縮機7を駆動するための動力を得
ることもできる。 次に、第3の実施形態について説明す
る。図5は、本実施形態に係る動力源システムS3にお
けるレシプロ型改質器1及び圧縮機7の断面図を示すと
ともに、その周辺要素との接続状態を併記している。
The reciprocating reformer 1 has an intake / exhaust
Valves and connect these valves to the crankshaft 12
When using a type driven by a valve train shaft
Obtains power for driving the compressor 7 from the valve shaft.
You can also. Next, a third embodiment will be described.
You. FIG. 5 shows a power source system S3 according to this embodiment.
The cross-sectional view of the reciprocating reformer 1 and the compressor 7 shown in FIG.
In both cases, the connection state with the peripheral element is also described.

【0046】本システムS3の全体的な基本構成は、先
の動力源システムS2(図4)と同じであるが、その構
造上特に特徴とするところは、圧縮機7を往復式とし、
その駆動軸をレシプロ型改質器1のクランクシャフト1
2と同軸として、レシプロ型改質器1と圧縮機7とを一
体のシリンダ内に形成したことである。 なお、同図にお
いて、符号71は、圧縮室72へ向かう流れを許容し、
その反対向きの流れを規制する逆止弁、また符号73
は、圧縮室72から出る流れを許容し、その反対向きの
流れを規制する逆止弁を示している。
The overall basic configuration of the system S3 is as follows.
Power source system S2 (FIG. 4),
In particular, the compressor 7 is a reciprocating type,
Its drive shaft is the crankshaft 1 of the reciprocating reformer 1.
2 and the reciprocating reformer 1 and the compressor 7
Is formed in the body cylinder. Note that FIG.
And reference numeral 71 allows the flow toward the compression chamber 72,
A check valve for regulating the flow in the opposite direction;
Allow the flow out of the compression chamber 72 and its opposite direction
3 shows a check valve for regulating flow.

【0047】 次に、第4の実施形態について説明する。
図6は、本実施形態に係る動力源システムS4の全体的
な構成の概略を示したものであり、先に説明した動力源
システムS1と同じ機能を備える構成要素については、
同じ符号を付してある。本システムS4の特徴的な構成
は、空気流通経路Cf6のSOFC3上流側の途中に内
燃機関100を設け、これとレシプロ型改質器1及びギ
アボックス10との間に動力伝達経路Cr3を形成した
ことである。これにより、エンジン型改質器1の出力が
内燃機関100に伝えられ、また逆に内燃機関100の
出力もレシプロ型改質器1へ伝えられるようになってい
る。そして、これらの出力は、動力伝達経路Cr3を介
してギアボックス10、延いては駆動対象物9に伝えら
れる。また、内燃機関100上流側の空気流通経路Cf
6には、燃料供給経路Cf7が接続している。
[0047] Next, a fourth embodiment will be described.
FIG. 6 is an overall view of a power source system S4 according to the present embodiment.
It shows the outline of the configuration, and the power source explained earlier
For components having the same functions as the system S1,
The same reference numerals are given. Characteristic configuration of the present system S4
Is in the middle of the air flow path Cf6 on the upstream side of the SOFC3.
A fuel engine 100 is provided, and the reciprocating reformer 1
A power transmission path Cr3 was formed between Abox 10
That is. As a result, the output of the engine type reformer 1 becomes
Transmitted to the internal combustion engine 100, and conversely,
The output is also transmitted to the reciprocating reformer 1.
You. These outputs are transmitted via the power transmission path Cr3.
To the gearbox 10 and, consequently, the driven object 9
It is. Further, the air flow path Cf on the upstream side of the internal combustion engine 100
6 is connected to a fuel supply path Cf7.

【0048】図7は、本システムS4におけるレシプロ
型改質器1及び内燃機関100の断面図を示すととも
に、その周辺要素との接続状態を併記している。レシプ
ロ型改質器1と内燃機関100とは、別体としてもよい
が、内燃機関100のピストン111をレシプロ型改質
器1のクランクシャフト12に接続し、レシプロ型改質
器1と内燃機関100とを一体のシリンダ内に形成する
ことにより、システムの簡素化及び暖機の効率化を図っ
ている。
FIG. 7 shows a cross-sectional view of the reciprocating reformer 1 and the internal combustion engine 100 in the present system S4, and also shows a connection state with peripheral elements thereof. Although the reciprocating reformer 1 and the internal combustion engine 100 may be separate bodies, the piston 111 of the internal combustion engine 100 is connected to the crankshaft 12 of the reciprocating reformer 1, and the reciprocating reformer 1 and the internal combustion engine 100 are connected. By forming 100 and 100 in an integral cylinder, the system is simplified and the warm-up efficiency is improved.

【0049】本システムS4において、電子制御ユニッ
ト(以下「ECU」という。)200は、SOFC3の
内部(例えば、燃料極311の表面)に設置された温度
センサ210からの検出信号を入力し、SOFC3の暖
機運転をすべきか否かを判定する。ECU200は、こ
の判定結果を含めた運転条件を基に、燃料供給用弁装置
21、水蒸気供給用弁装置15、ギアボックス10、及
び空気流通経路Cf6と燃料供給経路Cf7との接続部
に設けられた燃料供給用弁装置110に、指令信号を発
する。
In the present system S4, an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 200 inputs a detection signal from a temperature sensor 210 installed inside the SOFC 3 (for example, on the surface of the fuel electrode 311), and It is determined whether the warm-up operation should be performed. The ECU 200 is provided on the fuel supply valve device 21, the water vapor supply valve device 15, the gear box 10, and the connection portion between the air flow path Cf6 and the fuel supply path Cf7 based on the operating conditions including the determination result. A command signal is issued to the fuel supply valve device 110.

【0050】ECU200がSOFC3の暖機運転時と
判断すると、弁装置21の開期間は、レシプロ型改質器
1への混合気が理論空燃比となるように設定され、ま
た、弁装置110が作動して、内燃機関100へ燃料が
供給される。従って、レシプロ型改質器1からは、比較
的高温の燃焼生成ガスが熱交換器6を介してSOFC3
の燃料室32に送り込まれ、併せて、内燃機関100か
らの排気ガスがSOFC3の空気室33に送り込まれる
ため、SOFC3の加熱が促進される。
When the ECU 200 determines that the SOFC 3 is in the warm-up operation, the opening period of the valve device 21 is set so that the air-fuel mixture to the reciprocating reformer 1 has the stoichiometric air-fuel ratio. In operation, fuel is supplied to the internal combustion engine 100. Accordingly, from the reciprocating reformer 1, the combustion product gas at a relatively high temperature is supplied to the SOFC 3 through the heat exchanger 6.
And the exhaust gas from the internal combustion engine 100 is also sent to the air chamber 33 of the SOFC 3, so that the heating of the SOFC 3 is promoted.

【0051】なお、ここでは、内燃機関100に供給さ
れる燃料を送るための燃料供給経路Cf7の一端が、燃
料供給経路Cf2の燃料ポンプ13下流側に接続してい
るため、内燃機関100へは、レシプロ型改質器1の燃
料と同じ、すなわち、改質前の炭化水素系原燃料が供給
される。SOFC3が充分に暖められ、ECU200が
SOFC3の暖機運転が完了した判断すると、弁装置2
1の開期間は、レシプロ型改質器1への混合気が燃料の
過濃な状態となるように設定され(すなわち、開期間が
延長される。)、また、弁装置110は、停止する。
Here, one end of the fuel supply path Cf7 for sending the fuel supplied to the internal combustion engine 100 is connected to the fuel supply path Cf2 on the downstream side of the fuel pump 13; , The same as the fuel of the reciprocating reformer 1, that is, the raw hydrocarbon-based fuel before reforming is supplied. When the SOFC 3 is sufficiently warmed and the ECU 200 determines that the warm-up operation of the SOFC 3 is completed, the valve device 2
The open period of 1 is set so that the air-fuel mixture to the reciprocating reformer 1 becomes rich in fuel (that is, the open period is extended), and the valve device 110 is stopped. .

【0052】従って、SOFC3の暖機後は、レシプロ
型改質器1からSOFC3へは、H 2 とCOとを主成分
とする燃焼生成ガスが送られる。一方、内燃機関100
は、バルブタイミングが調整されて往復式圧縮機として
機能し、SOFC3ヘ空気を送り込む。このため、SO
FC3は、通常の発電を行うことができる。 次に、第5
の実施形態について説明する。図8は、本実施形態に係
る動力源システムS5の全体的な構成の概略を示したも
のであり、先に説明した動力源システムS1と同じ機能
を備える構成要素については、同じ符号を付してある。
Therefore, after the SOFC 3 is warmed up,
H from the reformer 1 to the SOFC 3 TwoAnd CO as main components
Is sent. On the other hand, the internal combustion engine 100
Is a reciprocating compressor with adjusted valve timing
Functions and sends air to SOFC3. Therefore, SO
FC3 can perform normal power generation. Next, the fifth
An embodiment will be described. FIG. 8 relates to the present embodiment.
Schematically shows the overall configuration of the power source system S5.
And has the same function as the power source system S1 described above.
The same reference numerals are given to the components having.

【0053】本システムS5の特徴的な構成は、SOF
C3の燃料室出口側に内燃機関150を配置し、その吸
気経路Cf8と燃料室出口通路37との間を、経路Cf
9で接続したことである。また、内燃機関150と、レ
シプロ型改質器1及びギアボックス10、さらにSOF
C3の空気室33に空気を供給すための圧縮機7との間
には、動力伝達経路Cr3が形成されている。吸気経路
Cf8には、燃料供給経路Cf7が接続しており、図中
符号Cf10は、内燃機関150からの排気経路を示し
ている。
The characteristic structure of the present system S5 is that the SOF
The internal combustion engine 150 is disposed on the fuel chamber outlet side of C3, and a path Cf is provided between the intake path Cf8 and the fuel chamber outlet passage 37.
9 is connected. Further, the internal combustion engine 150, the reciprocating reformer 1, the gearbox 10, and the SOF
A power transmission path Cr3 is formed between the compressor 7 for supplying air to the air chamber 33 of C3. A fuel supply path Cf7 is connected to the intake path Cf8, and a reference symbol Cf10 in the figure indicates an exhaust path from the internal combustion engine 150.

【0054】図9は、本システムS5におけるレシプロ
型改質器1及び内燃機関150の断面図を示すととも
に、その周辺要素との接続状態を併記している。レシプ
ロ型改質器1と内燃機関150とは、別体としてもよい
が、先の動力源システムS4におけるレシプロ型改質器
1と内燃機関100の場合と同様に、それぞれのクラン
クシャフトを同軸とし、一体のシリンダ内に形成してあ
る。符号161は、コンロッドを介してこのクランクシ
ャフトと接続する内燃機関150のピストンである。
FIG. 9 shows a cross-sectional view of the reciprocating reformer 1 and the internal combustion engine 150 in the present system S5, and also shows a connection state with peripheral elements. Although the reciprocating reformer 1 and the internal combustion engine 150 may be separate bodies, the crankshafts are made coaxial as in the case of the reciprocating reformer 1 and the internal combustion engine 100 in the power source system S4. , Formed in an integral cylinder. Reference numeral 161 denotes a piston of the internal combustion engine 150 connected to the crankshaft via a connecting rod.

【0055】ECU200は、SOFC3に設置された
温度センサ210からの検出信号を基にSOFC3の暖
機運転時と判断すると、燃料供給用弁装置21の開期間
を、レシプロ型改質器1に供給される混合気が理論空燃
比となるように設定する。このときにレシプロ型改質器
1から排出される燃焼生成ガスは、専らSOFC3及び
熱交換器6の加熱のために用いられる。
When the ECU 200 determines that the SOFC 3 is in the warm-up operation based on the detection signal from the temperature sensor 210 installed in the SOFC 3, the ECU 200 supplies the open period of the fuel supply valve device 21 to the reciprocating reformer 1. Is set so that the air-fuel mixture to be obtained has the stoichiometric air-fuel ratio. At this time, the combustion product gas discharged from the reciprocating reformer 1 is used exclusively for heating the SOFC 3 and the heat exchanger 6.

【0056】そして、SOFC3の燃料室32からの排
出ガス(改質されたままの未反応燃料ガスが多く含まれ
ている。)は、経路Cf9を介して内燃機関150の吸
気経路Cf8に合流する。内燃機関150は、主にSO
FC3の暖機運転時以外のときに、この排出ガスに含ま
れる未反応燃料ガスを燃料として駆動する。ここで、内
燃機関150に供給されるガスの空燃比は、排気経路C
f10への排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx )が
所定値以下となる程度に希薄であるのが好ましく、EC
U200は、吸気経路Cf8に設けられた図示しない弁
装置を制御して、吸入空気量を調節する。
Then, the exhaust gas from the fuel chamber 32 of the SOFC 3 (which contains a large amount of unreacted fuel gas which has been reformed) joins the intake path Cf8 of the internal combustion engine 150 via the path Cf9. . The internal combustion engine 150 is mainly composed of SO
At times other than the warm-up operation of FC3, the unreacted fuel gas contained in the exhaust gas is driven as fuel. Here, the air-fuel ratio of the gas supplied to the internal combustion engine 150 depends on the exhaust path C
It is preferable that the nitrogen oxide (NO x ) contained in the exhaust gas to f10 is lean enough to be less than or equal to a predetermined value.
U200 controls a valve device (not shown) provided in intake path Cf8 to adjust the intake air amount.

【0057】また、SOFC3の燃料室32からの排出
ガスに含まれる空気が、内燃機関150の燃焼に必要な
量を満たさない条件(このような条件は、通常の発電時
において成立する傾向がある。)において、前記吸気経
路Cf8の弁装置を制御して空気を取り込むことによ
り、可燃な混合気を形成する。このように、本システム
S5によれば、SOFC3から排出される未反応燃料ガ
スのもつエネルギーを回収し、システムの効率化を図る
ことができる。
Further, a condition that the air contained in the exhaust gas from the fuel chamber 32 of the SOFC 3 does not satisfy the amount required for combustion of the internal combustion engine 150 (such a condition tends to be satisfied during normal power generation) )), A combustible air-fuel mixture is formed by controlling the valve device of the intake path Cf8 to take in air. As described above, according to the present system S5, the energy of the unreacted fuel gas discharged from the SOFC 3 can be recovered, and the efficiency of the system can be improved.

【0058】また、システムの始動時、過渡時及び高負
荷時には、燃料供給経路Cf7と吸気経路Cf8との接
続部に設けられた燃料供給用弁装置110を作動して、
内燃機関150に原燃料をも供給することにより、SO
FC3の発電力不足を内燃機関150の高出力化によっ
て補うことができる。なお、以上の説明では、燃焼生成
ガスと水との熱交換によって水蒸気を得ていたが、他の
方法として、SOFC3の燃料室から出た未反応燃料ガ
スを燃焼させて得られる熱により、水を気化させてもよ
い。
At the time of starting the system, at the time of transition, and at the time of high load, the fuel supply valve device 110 provided at the connection between the fuel supply path Cf7 and the intake path Cf8 is operated.
By also supplying raw fuel to the internal combustion engine 150, SO
The shortage of power generation of FC3 can be compensated for by increasing the output of internal combustion engine 150. In the above description, steam is obtained by heat exchange between the combustion product gas and water. However, as another method, water is generated by heat obtained by burning unreacted fuel gas discharged from the fuel chamber of the SOFC 3. May be vaporized.

【0059】また、本明細書において、「理論空燃比」
とは、厳密な理論空燃比のみに限らず、本発明の目的を
達成することができる範囲で理論空燃比に近い空燃比を
も含むものとする。
In this specification, the term “stoichiometric air-fuel ratio”
The term “not only includes the strict stoichiometric air-fuel ratio, but also includes an air-fuel ratio close to the stoichiometric air-fuel ratio as long as the object of the present invention can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態に係る動力源システム
の構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of a power source system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同上動力源システムにおけるレシプロ型改質器
の断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view of a reciprocating reformer in the power source system.

【図3】SOFC(固体酸化物燃料電池)の構成図FIG. 3 is a configuration diagram of an SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)

【図4】本発明の第2の実施形態に係る動力源システム
の構成図
FIG. 4 is a configuration diagram of a power source system according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施形態に係る動力源システム
におけるレシプロ型改質器及び空気供給用圧縮機の具体
的な構成図
FIG. 5 is a specific configuration diagram of a reciprocating reformer and an air supply compressor in a power source system according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施形態に係る動力源システム
の構成図
FIG. 6 is a configuration diagram of a power source system according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】同上動力源システムにおけるレシプロ型改質器
及びこれと同軸の内燃機関の具体的な構成図
FIG. 7 is a specific configuration diagram of a reciprocating reformer in the power source system and an internal combustion engine coaxial therewith;

【図8】本発明の第5の実施形態に係る動力源システム
の構成図
FIG. 8 is a configuration diagram of a power source system according to a fifth embodiment of the present invention.

【図9】同上動力源システムにおけるレシプロ型改質器
及びこれと同軸の内燃機関の具体的な構成図
FIG. 9 is a specific configuration diagram of a reciprocating reformer in the power source system and an internal combustion engine coaxial therewith;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レシプロ型改質器 3…SOFC(固体酸化物燃料電池) 5…燃料混合室 6…熱交換器 7…圧縮機 8…電気モータ 9…駆動対象物 10…ギアボックス 100…内燃機関 150…内燃機関 Cf1…空気吸入経路 Cf2…燃料供給経路 Cf3…燃焼生成ガス流通経路 Cf4…水蒸気供給経路 Cf5…排気経路 Cf6…空気流通経路 Cf7…燃料供給経路 Cf8…吸気経路 Cf10…排気経路 Ce…電力伝達経路 Cd…動力伝達経路 Cr…動力伝達経路 REFERENCE SIGNS LIST 1 reciprocating reformer 3 SOFC (solid oxide fuel cell) 5 fuel mixing chamber 6 heat exchanger 7 compressor 8 electric motor 9 object to be driven 10 gearbox 100 internal combustion engine 150 Internal combustion engine Cf1 Air intake path Cf2 Fuel supply path Cf3 Combustion gas distribution path Cf4 Water vapor supply path Cf5 Exhaust path Cf6 Air distribution path Cf7 Fuel supply path Cf8 Intake path Cf10 Exhaust path Ce Power transmission Path Cd: Power transmission path Cr: Power transmission path

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 宏 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 石渡 和比古 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA09 BA20 BC20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Komatsu Nissan Motor Co., Ltd., 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Wabiko 2nd Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture F Nissan Motor Co., Ltd. Terms (reference) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA09 BA20 BC20

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】炭化水素系原燃料を燃料とし、理論空燃比
及びこれより燃料の過濃な状態での運転を切り換えて行
う第1の内燃機関と、 該第1の内燃機関の燃焼生成ガスを燃料極側に受け入れ
る固体酸化物燃料電池と、 を含んで構成される動力源システム。
1. A first internal combustion engine that uses a hydrocarbon-based raw fuel as a fuel and switches between a stoichiometric air-fuel ratio and an operation in which the fuel is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and a combustion product gas of the first internal combustion engine And a solid oxide fuel cell that receives fuel on the fuel electrode side.
【請求項2】前記第1の内燃機関は、前記固体酸化物燃
料電池の暖機運転時において、理論空燃比で運転するこ
とを特徴とする請求項1に記載の動力源システム。
2. The power source system according to claim 1, wherein the first internal combustion engine operates at a stoichiometric air-fuel ratio during a warm-up operation of the solid oxide fuel cell.
【請求項3】前記暖機運転時において、前記第1の内燃
機関による回転動力を出力することを特徴とする請求項
2に記載の動力源システム。
3. The power source system according to claim 2, wherein during the warming-up operation, the rotational power by the first internal combustion engine is output.
【請求項4】前記第1の内燃機関に水蒸気若しくは水を
供給する水蒸気供給装置を設けたことを特徴とする請求
項1〜3のいずれか1つに記載の動力源システム。
4. The power source system according to claim 1, further comprising a steam supply device for supplying steam or water to said first internal combustion engine.
【請求項5】前記第1の内燃機関は、前記固体酸化物燃
料電池の空気極側に接続された空気供給装置を駆動する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の
動力源システム。
5. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the first internal combustion engine drives an air supply device connected to an air electrode of the solid oxide fuel cell. Power source system.
【請求項6】前記空気供給装置は往復式圧縮機であり、
その駆動軸を前記第1の内燃機関の出力軸に接続したこ
とを特徴とする請求項5に記載の動力源システム。
6. The air supply device is a reciprocating compressor,
The power source system according to claim 5, wherein the drive shaft is connected to an output shaft of the first internal combustion engine.
【請求項7】前記往復式圧縮機として、非燃焼運転に切
換可能な第2の内燃機関を備えることを特徴とする請求
項6に記載の動力源システム。
7. The power source system according to claim 6, wherein the reciprocating compressor includes a second internal combustion engine switchable to non-combustion operation.
【請求項8】前記第2の内燃機関の排気ポートを、前記
固体酸化物燃料電池の空気室入口に接続したことを特徴
とする請求項7に記載の動力源システム。
8. The power source system according to claim 7, wherein an exhaust port of the second internal combustion engine is connected to an air chamber inlet of the solid oxide fuel cell.
【請求項9】前記第2の内燃機関は、前記固体酸化物燃
料電池の暖機運転時において、燃焼運転を行うことを特
徴とする請求項8に記載の動力源システム。
9. The power source system according to claim 8, wherein the second internal combustion engine performs a combustion operation during a warm-up operation of the solid oxide fuel cell.
【請求項10】第3の内燃機関を設け、その吸気ポート
を前記固体酸化物燃料電池の燃料室出口に接続したこと
を特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の動力
源システム。
10. The power source according to claim 1, wherein a third internal combustion engine is provided, and an intake port thereof is connected to a fuel chamber outlet of the solid oxide fuel cell. system.
【請求項11】前記第3の内燃機関の出力軸を、前記第
1の内燃機関の出力軸に接続したことを特徴とする請求
10に記載の動力源システム。
11. The power source system according to claim 10, wherein an output shaft of said third internal combustion engine is connected to an output shaft of said first internal combustion engine.
【請求項12】前記第3の内燃機関に前記炭化水素系原
燃料を供給する燃料供給装置を設けたことを特徴とする
請求項10又は11に記載の動力源システム。
12. The power source system according to claim 10, wherein a fuel supply device for supplying the hydrocarbon-based raw fuel to the third internal combustion engine is provided.
【請求項13】前記燃料供給装置は、始動時、過渡時及
び高負荷時のうち少なくともいずれか1つの条件におい
て、前記炭化水素系原燃料を供給することを特徴とする
請求項12に記載の動力源システム。
13. The fuel supply device according to claim 12, wherein the fuel supply device supplies the hydrocarbon-based raw fuel under at least one of a start-up condition, a transient condition, and a high load condition. Power source system.
【請求項14】改質ガス生成手段と、該手段によって生
成された改質ガスを燃料極側に受け入れる固体酸化物燃
料電池と、を含んで構成される動力源システムであっ
て、前記改質ガス生成手段は、燃料過剰下での燃焼によ
って水素と一酸化炭素とを主成分とする改質ガスを生成
する一方、所定の条件において、理論空燃比での燃焼に
切り換えることを特徴とする動力源システム。
14. A power source system comprising: reformed gas generating means; and a solid oxide fuel cell for receiving the reformed gas generated by said means on a fuel electrode side, wherein The gas generating means generates reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components by combustion under excess fuel, and switches to combustion at a stoichiometric air-fuel ratio under predetermined conditions. Source system.
【請求項15】前記所定の条件は、前記固体酸化物燃料
電池の暖機運転時であることを特徴とする請求項14に
記載の動力源システム。
15. The power source system according to claim 14, wherein the predetermined condition is a time of a warm-up operation of the solid oxide fuel cell.
【請求項16】前記改質ガス生成手段はレシプロ型改質
器であり、前記暖機運転時おいて、該改質器による回転
動力を出力することを特徴とする請求項14又は15に
記載の動力源システム。
16. The apparatus according to claim 14, wherein said reformed gas generating means is a reciprocating reformer, and outputs rotational power by said reformer during said warm-up operation. Power source system.
【請求項17】通常時において、燃料過剰下での燃焼に
よって水素と一酸化炭素とを主成分とする改質ガスを生
成し、生成された改質ガスを固体酸化物燃料電池の燃料
極に導く一方、前記固体酸化物燃料電池の暖機運転時に
おいて、理論空燃比での燃焼に制御すること特徴とする
固体酸化物燃料電池を用いた発電システムにおける固体
酸化物燃料電池の暖機方法。
17. In a normal state, a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components is generated by combustion under excess fuel, and the generated reformed gas is supplied to a fuel electrode of a solid oxide fuel cell. On the other hand, a method for warming up a solid oxide fuel cell in a power generation system using the solid oxide fuel cell, wherein the combustion is controlled at a stoichiometric air-fuel ratio during the warm-up operation of the solid oxide fuel cell.
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