JP2003217640A - 燃料電池発電システム - Google Patents

燃料電池発電システム

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JP2003217640A
JP2003217640A JP2002015353A JP2002015353A JP2003217640A JP 2003217640 A JP2003217640 A JP 2003217640A JP 2002015353 A JP2002015353 A JP 2002015353A JP 2002015353 A JP2002015353 A JP 2002015353A JP 2003217640 A JP2003217640 A JP 2003217640A
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gas
flow rate
fuel cell
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Takashi Suzuki
隆 鈴木
Susumu Shimizu
進 清水
Makoto Inagaki
信 稲垣
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Ebara Ballard Corp
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Ebara Ballard Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単純な構成でありながら供給されるガスの圧
力脈動を抑えることができ、ひいてはガス流量検知の精
度を向上できる燃料電池発電システムを提供する。 【解決手段】 原料ガスを改質して作る燃料ガスと酸化
剤ガスとの電気化学的反応により発電する燃料電池本体
17と、前記原料ガスを昇圧する昇圧装置15と、所定
の容量を有する脱硫装置であって、前記原料ガス中の硫
黄分を除去する脱硫装置16と、前記原料ガスの流量を
検知するガス流量検知器23b、24bとを備え、脱硫
装置16は、昇圧装置15の吐出側に配置される燃料電
池発電システム。所定の容量を有する脱硫装置を備える
ので、脱硫装置の容量の容積効果により、ガス昇圧装置
の吐出側の圧力脈動を抑制できる。したがって、別途脈
動防止装置を設ける必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電シス
テムに関し、特にガス昇圧装置を有する燃料電池発電シ
ステムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から図2のフローチャートに示すよ
うに、改質用ガス及び燃焼用ガスがそれぞれガス昇圧装
置により昇圧して供給される固体高分子電解質型燃料電
池発電システムがあった。図中低圧ガス元弁53を通し
て供給された低圧ガスは、脱硫器56を介して改質用原
料ガス圧縮機55−1、55−2に供給される。固体高
分子電解質型燃料電池発電システムでは、硫黄分は燃料
電池及び改質器に含まれる触媒の機能に悪影響を与える
ので、脱硫器56が設けられる。
【0003】ガス圧縮機55−1、55−2により昇圧
されたガスは、ガス流量制御装置73−1、73−2に
より流量制御されて、改質器本体51、バーナ52に供
給される。ガス流量制御装置73−1、73−2は、ガ
ス流量検知器により検知された流量に基きコントローラ
により制御信号を発信し、この従来のシステムでは、ガ
ス流量制御装置73−1、73−2に含まれる調節弁に
より流量を適正な値に制御していた。
【0004】なお、低圧ガスの供給圧力は低圧ガス圧力
検知器71で検知され、ガス圧縮機55−1、55−2
の吐出圧は、それぞれ吐出圧力検知器72−1、72−
2で検知される。また低圧ガス供給ラインには緊急遮断
弁54が備えられている。改質器本体51で改質して得
られた水素を主成分とする燃料ガスは、燃料電池57に
供給され、酸化剤としての空気中の酸素と電気化学的反
応を起こすことにより発電が行われる。
【0005】このような装置では、ガス圧力に脈動があ
るとガス流量検知器の検知精度に悪影響を及ぼすため、
各ガス圧縮機55−1、55−2とガス流量検知器との
間に、それぞれ脈動防止機構58−1、58−2が設け
られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしこのような従来
の燃料電池発電システムでは、脈動防止機構58−1、
58−2が改質用原料ガス供給ラインと燃料用ガス供給
ラインとに、それぞれ設けられ装置が複雑になってい
た。
【0007】そこで本発明は、単純な構成でありながら
供給されるガスの圧力脈動を抑えることができ、ひいて
はガス流量検知の精度を向上できる燃料電池発電システ
ムを提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明による燃料電池発電システム
は、例えば図1に示すように、原料ガスを改質して作る
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電す
る燃料電池本体17と;前記原料ガスを昇圧する昇圧装
置15と;所定の容量を有する脱硫装置であって、前記
原料ガス中の硫黄分を除去する脱硫装置16と;前記原
料ガスの流量を検知するガス流量検知器23b、24b
とを備え;脱硫装置16は、昇圧装置15の吐出側に配
置される。特に脱硫装置16は、昇圧装置15とガス流
量検知器23b、24bとの間に配置されるのがよい。
【0009】このように構成すると、昇圧装置の吐出側
に配置された所定の容量を有する脱硫装置を備えるの
で、脱硫装置の容量の容積効果により、ガス昇圧装置の
吐出側の圧力脈動を抑制できる。したがって、別途脈動
防止装置を設ける必要がない。
【0010】また請求項2に記載のように、請求項1に
記載の燃料電池発電システムでは、ガス流量検知器23
b、24bを含むガス流量制御装置23、24を備え;
脱硫装置16は、昇圧装置15とガス流量制御装置2
3、24との間に配置されるようにしてもよい。
【0011】このように構成すると、脱硫装置は、昇圧
装置とガス流量制御装置との間に配置されるので、脱硫
装置の容積効果により昇圧装置の吐出圧の脈動による制
御の不安定を抑制することができる。
【0012】また請求項3に記載のように、請求項1ま
たは請求項2に記載の燃料電池発電システムでは、前記
原料ガスを、燃料ガスを製造する改質装置10に導く第
1のガス流路32と;前記原料ガスを、燃焼用ガスとし
て改質装置10に導く第2のガス流路33とを備え;昇
圧装置15の吐出口は、第1のガス流路32と第2のガ
ス流路33とに分岐して接続されていてもよい。
【0013】典型的には、脱硫装置16は、前記分岐す
る前のガス供給ライン31に1個だけ設置されている。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号または類似記
号を付し、重複した説明は省略する。
【0015】図1のフローチャートは、本発明の実施の
形態である燃料電池発電システムにおけるガスの流れを
説明する図である。図中、改質装置としての改質器10
は改質触媒を収納した改質器本体11と該本体に取り付
けられたバーナ12とを含んで構成されている。バーナ
12による熱を利用して、改質器本体11で改質用原料
ガスを改質し、固体高分子電解質型燃料電池17に供給
する水素を主成分とする燃料ガスを発生する。燃料電池
17では、供給された燃料ガスと不図示のラインから供
給される酸化剤としての空気中の酸素とで電気化学的反
応を起こして発電する。以下、改質器10の改質器本体
11及びバーナ12に供給されるガスの供給システムを
説明する。
【0016】図中ガス供給ライン31には、低圧ガス元
弁13が設けられており、この弁を通して低圧ガスとし
て典型的には都市ガス(メタンガスを主成分とする天然
ガス)が供給される。ガス供給ライン31の低圧ガス元
弁13の下流側には、供給される低圧ガスの供給圧力を
計測する低圧ガス圧力検知器21が設けられている。さ
らに下流側には、緊急遮断弁14が設けられている。緊
急遮断弁14は、改質器本体11あるいは燃料電池17
に緊急事態が発生したときに低圧ガスの供給を遮断した
り、燃料電池発電システム停止時及びその異常発生時な
どに低圧ガスの供給を遮断する目的で用いられる。
【0017】ガス供給ライン31の緊急遮断弁14の下
流側には、昇圧装置としてのガスブロワ15、脱硫器1
6、吐出圧力検知器22がこの順番で設けられている。
ガスブロワ15は、低圧ガスの圧力を供給圧力約1〜
2.5kPa程度から吐出圧力約30〜100kPa程
度まで昇圧する。ガスブロワ15としては、往復動式ブ
ロワが用いられ、圧力が脈動するのを避けられない。ガ
スブロワ15としては、その他にルーツブロワ、スクロ
ールブロワなどの回転式圧縮機やスクリューブロワなど
を用いてもよいが、この場合も、ある程度の圧力脈動は
避けられない。
【0018】脱硫器16は鋼鉄製、特にステンレス鋼製
の円筒状容器であり、内部に脱硫触媒が収納されてい
る。容器は樹脂製としてもよい。脱硫触媒は、例えばゼ
オライト系脱硫触媒である。前記容器の容量から脱硫触
媒の体積を差し引いたものが、本発明の所定の容量であ
る。所定の容量は、ガス流量、ガス圧力とガス供給ライ
ン31及び後で説明するガス流量制御装置23、24の
上流側のガス供給ライン32、33の内容積等により適
正な値が定まる。要はガスブロワ15の吐出側圧力の脈
動が流量検知器での流量検知精度に悪影響を与えないよ
うな範囲の脈動となるような容量とすればよい。脱硫器
16は、所定の容量による容積効果により、ガスブロワ
15の吐出側の圧力の脈動を抑制できる。所定の容量
は、実験的に求めてもよい。またシステムとして必要な
脱硫触媒の量が定まり、その量を収納する容器内容積を
定め、その内容積と触媒量から定まる気体部分の容量
が、圧力脈動が流量検知器での流量検知精度に悪影響を
与えないような値であれば、その容量とすればよい。
【0019】ガス供給ライン31は、脱硫器16の下流
側で、改質用原料ガス供給用ライン32と燃焼用ガス供
給ライン33とに分岐する。改質用原料ガス供給用ライ
ン32は、燃料改質装置本体11に接続され、燃焼用ガ
ス供給ライン33は、バーナ12に接続されている。
【0020】改質用原料ガス供給用ライン32には、改
質用原料ガス流量制御装置23が設けられている。改質
用原料ガス流量制御装置23は、調節弁23a、改質用
原料ガスの流量を検知する流量検知器23b、流量検知
器23bからの検知信号を受信して調節弁23aに流量
制御信号を送信する調節器23cを含んで構成されてい
る。
【0021】同様に、燃焼用ガス供給ライン33には、
燃焼用ガス流量制御装置24が設けられている。燃焼用
ガス流量制御装置24は、調節弁24a、燃焼用ガスの
流量を検知する流量検知器24b、流量検知器24bか
らの検知信号を受信して調節弁24aに流量制御信号を
送信する調節器24cを含んで構成されている。
【0022】改質用原料ガスは、改質用原料ガス流量制
御装置23で制御されて燃料改質装置本体11に供給さ
れ、燃焼用ガスは、燃焼用ガス流量制御装置24で制御
されバーナ12に供給される。
【0023】本実施の形態によれば、ガスブロワ15は
改質用原料ガスと燃焼用ガスとに共通に用いられるの
で、従来技術のようなガスブロワを別々に備えた場合と
比べて、装置が単純となる。また、所定の容量を有する
脱硫器16がガスブロワ15の吐出側即ち下流側に配置
されているので、脈動防止機能を有することとなり、従
来技術と違って、別途脈動防止機構58−1、58−2
を設ける必要がない。したがって装置が単純となる。本
実施の形態では、1個の脱硫装置16が、ガスラインと
して分岐する前のガス供給ライン31に配置されてい
る。このようにすると脈動防止機構として機能する脱硫
器が1個で済むので、装置が単純となる。
【0024】またガス流量制御装置23、24を備え、
ガス流量検知器23b、24bは、それぞれガス流量制
御装置23、24の一部を構成している。そして脱硫装
置16は、昇圧装置15とガス流量制御装置23、24
との間に配置されている。したがって、ガス流量制御装
置23、24は、脱硫装置16で脈動が抑制された後の
流量を検知して流量を制御するので、正確で安定した制
御が可能となる。またガス流量検知器23b、24bの
流量検知精度が高い。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、昇圧装置
の吐出側に所定の容量を有する脱硫装置を備えるので、
脱硫装置の容量の容積効果により、ガス昇圧装置の吐出
側の圧力脈動を抑制でき、別途脈動防止装置を設ける必
要がなく、単純な構造の燃料電池発電システムを提供す
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態である燃料電池発電システ
ムのフローチャートである。
【図2】従来技術による燃料電池発電システムのフロー
チャートである。
【符号の説明】
10 燃料改質装置 11 燃料改質装置本体 12 バーナ 13 元弁 14 緊急遮断弁 15 ガスブロワ 16 脱硫器 17 燃料電池 21 低圧ガス圧力検知器 22 吐出圧力検知器 23 改質用原料ガス流量制御装置 24 燃焼用ガス流量制御装置 23a、24a 調節弁 23b、24b 流量検知器 23c、24c 調節器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲垣 信 東京都港区港南1−6−34 荏原バラード 株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA16 KK01 KK21 MM12

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原料ガスを改質して作る燃料ガスと酸化
    剤ガスとの電気化学的反応により発電する燃料電池本体
    と;前記原料ガスを昇圧する昇圧装置と;所定の容量を
    有する脱硫装置であって、前記原料ガス中の硫黄分を除
    去する脱硫装置と;前記原料ガスの流量を検知するガス
    流量検知器とを備え;前記脱硫装置は、前記昇圧装置の
    吐出側に配置された;燃料電池発電システム。
  2. 【請求項2】 前記ガス流量検知器を含むガス流量制御
    装置を備え;前記脱硫装置は、前記昇圧装置と前記ガス
    流量制御装置との間に配置された;請求項1に記載の燃
    料電池発電システム。
  3. 【請求項3】 前記原料ガスを、燃料ガスを製造する改
    質装置に導く第1のガス流路と;前記原料ガスを、燃焼
    用ガスとして前記改質装置に導く第2のガス流路とを備
    え;前記昇圧装置の吐出口は、前記第1のガス流路と第
    2のガス流路とに分岐して接続されている;請求項1ま
    たは請求項2に記載の燃料電池発電システム。
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