JP2006019226A - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006019226A JP2006019226A JP2004198374A JP2004198374A JP2006019226A JP 2006019226 A JP2006019226 A JP 2006019226A JP 2004198374 A JP2004198374 A JP 2004198374A JP 2004198374 A JP2004198374 A JP 2004198374A JP 2006019226 A JP2006019226 A JP 2006019226A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- combustion
- exhaust gas
- gas
- fuel cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Description
本発明は燃料電池システムに関し、特に改質熱を得るために燃焼する燃料を液体の燃料としても着火遅れによる未燃の液体燃料が燃料電池システム外に高い濃度で排出されたり燃料電池システムで使用する回収水に混入したりすることがない燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system, and in particular, even when a fuel that is burned to obtain reforming heat is used as a liquid fuel, unburned liquid fuel due to ignition delay is discharged out of the fuel cell system at a high concentration or used in the fuel cell system. The present invention relates to a fuel cell system that is not mixed with recovered water.
燃料電池は水素に富む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電する装置であり、地球温暖化の原因となる二酸化炭素や窒素酸化物等の有害ガスの排出量を大幅に削減することができる装置として注目を集めている。燃料電池に供給する燃料ガスは、都市ガスや灯油等の原料燃料と改質用水等の改質剤とを燃料処理装置に導入し、原料燃料を水蒸気改質して生成される。このときの水蒸気改質反応は吸熱反応であるため改質熱を供給する必要があり、改質熱は燃料処理装置の燃焼部に燃焼用の燃料と空気とを供給し燃焼して得ている。改質熱を得るための燃焼用の燃料は、改質する原料燃料と同じであることが多い。 A fuel cell is a device that generates electricity by an electrochemical reaction between a hydrogen-rich fuel gas and an oxygen-containing oxidant gas, greatly increasing the emission of harmful gases such as carbon dioxide and nitrogen oxides that cause global warming. It has been attracting attention as a device that can be reduced. The fuel gas to be supplied to the fuel cell is generated by introducing a raw material fuel such as city gas or kerosene and a reforming agent such as reforming water into a fuel processing apparatus, and steam reforming the raw material fuel. Since the steam reforming reaction at this time is an endothermic reaction, it is necessary to supply reforming heat, and the reforming heat is obtained by supplying combustion fuel and air to the combustion section of the fuel processing apparatus and burning it. . The combustion fuel for obtaining the reforming heat is often the same as the raw material fuel to be reformed.
燃料電池や燃料処理装置を備える燃料電池システムは、燃料電池に供給する酸化剤ガスを加湿するための加湿用水や燃料処理装置に導入する改質用水としての水を必要とする。燃料電池システムで使用される水の一部は、燃料処理装置の燃焼部から排出される燃焼排ガスから分離回収した水が利用され、燃料電池システム外から持ちこむ水分量を削減している。 2. Description of the Related Art A fuel cell system including a fuel cell and a fuel processing device requires humidification water for humidifying an oxidant gas supplied to the fuel cell and water as reforming water introduced into the fuel processing device. A part of the water used in the fuel cell system uses water separated and recovered from the combustion exhaust gas discharged from the combustion section of the fuel processing device, thereby reducing the amount of water brought from outside the fuel cell system.
燃料処理装置の燃焼部に導入する燃焼燃料がガス燃料の場合、起動時においても不完全燃焼がほとんどなく、たとえ燃焼不良があり燃焼排ガスに含まれたとしても凝縮しないので燃料電池システムで利用される回収水に混入することがなく、また、燃料電池システム外に排出されても拡散されて環境汚染をもたらすには至らない(背景技術について、例えば特許文献1参照)。
近年、原料燃料の多様化や経済性の観点から、安価な灯油等の液体の燃料を原料燃料として燃料ガスを生成する燃料処理装置を備えた燃料電池システムが開発されている。原料燃料として液体の燃料を用いる場合、燃焼用の燃料にも液体の燃料が用いられるのが一般的であり、原料燃料に液体の燃料を使用する燃料電池システムでは起動時に燃焼空気と液体の燃料とを燃焼部に導入し、液体の燃料を気化又は噴霧した上で点火して液体燃料を燃焼し燃料処理装置を予熱するのが一般的である。しかし、液体燃料を気化又は噴霧したものは点火時の着火遅れが避け難く、その場合未燃の燃料が蒸気又は霧状の形で燃焼排ガスに含まれて燃料電池システム外に排出されることとなる。 In recent years, from the viewpoint of diversification of raw material fuel and economical efficiency, a fuel cell system including a fuel processing device that generates fuel gas using cheap fuel such as kerosene as raw material fuel has been developed. When a liquid fuel is used as a raw material fuel, a liquid fuel is generally used as a fuel for combustion. In a fuel cell system using a liquid fuel as a raw material fuel, combustion air and liquid fuel are used at startup. Is generally vaporized or sprayed, and then ignited to burn the liquid fuel and preheat the fuel processing apparatus. However, the vaporized or sprayed liquid fuel is difficult to avoid the ignition delay at the time of ignition, in which case unburned fuel is contained in the combustion exhaust gas in the form of vapor or mist and discharged outside the fuel cell system. Become.
未燃の液体燃料がそのまま燃料電池システム外に排出されると臭気や油汚れ等で環境汚染をもたらすおそれがある。また、燃焼排ガスから熱や水を回収して利用する場合に、蒸気又は霧状の未燃の液体燃料が凝縮して回収水に混入すると原料燃料を改質するための改質用水や酸化剤ガスを加湿するための加湿用水に含まれることとなり、これにより燃料処理装置や燃料電池の性能を低下させてしまうことがある。 If unburned liquid fuel is discharged out of the fuel cell system as it is, there is a risk of causing environmental pollution due to odor, oil stains, and the like. Also, when recovering heat and water from combustion exhaust gas and using them, reforming water and oxidizer for reforming raw material fuel when steam or mist-like unburned liquid fuel condenses and mixes with the recovered water It will be contained in the humidifying water for humidifying the gas, which may reduce the performance of the fuel processor and the fuel cell.
本発明は上述の課題に鑑み、燃焼用の燃料に液体の燃料を用いる場合であっても着火遅れによる未燃の液体燃料が燃料電池システム外に高い濃度で排出されたり燃料電池システムで使用する回収水に混入したりすることがない燃料電池システムを提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, the present invention uses unburned liquid fuel due to ignition delay at a high concentration outside the fuel cell system or is used in the fuel cell system even when liquid fuel is used as the fuel for combustion. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that is not mixed with recovered water.
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、原料燃料m1を導入し改質して水素に富む燃料ガスgを生成する燃料処理装置10であって、燃焼する液体の燃焼燃料m2を導入し燃焼して改質に必要な熱を発生する燃焼部11を有する燃料処理装置10と;燃焼部11から排ガスeを導出する排ガス導出流路25に配置され、排ガスeに含まれる燃焼燃料m2を吸着する吸着剤22が充填された吸着装置20と;燃料ガスgを導入し発電する燃料電池30とを備える。
In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the first aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, for example, introduces and reforms a raw material fuel m1 to generate a fuel gas g rich in hydrogen. A
このように構成すると、排ガスに含まれる燃焼燃料を吸着する吸着剤が充填された吸着装置を備えるので、高い濃度の未燃の燃焼燃料が系外に排出されたり燃料電池システムで利用される水の中に混入することがない。吸着剤は、典型的には、吸着し脱着するものが好ましい。ここで、「脱着」とは、一般的に、「とりつけたりはずしたりすること」を意味するが、本明細書では、「ついているものをはずすこと」の意味で用いる。 If comprised in this way, since it is equipped with the adsorption | suction apparatus with which the adsorbent which adsorb | sucks the combustion fuel contained in waste gas is provided, the high concentration unburned combustion fuel is discharged | emitted out of a system, or the water utilized by a fuel cell system It will not be mixed in. The adsorbent is typically preferably adsorbed and desorbed. Here, “desorption” generally means “attaching / removing”, but in this specification, it means “removing what is attached”.
また、請求項2に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、請求項1に記載の燃料電池システム1において、吸着剤22は活性炭である。
Further, in the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, in the
このように構成すると、吸着剤は活性炭であるので、その物理吸着特性により、排ガスの温度が低いときは燃焼燃料を吸着し、排ガスの温度が高くなると燃焼燃料を脱着して自己再生をするため、長期間にわたり交換することなく燃焼燃料が系外に高い濃度で排出されたり燃料電池システムで利用される水の中に混入することがない。 In this configuration, the adsorbent is activated carbon, and therefore, due to its physical adsorption characteristics, the combustion fuel is adsorbed when the temperature of the exhaust gas is low, and the combustion fuel is desorbed and self-regenerates when the temperature of the exhaust gas becomes high. The combustion fuel is not discharged out of the system at a high concentration without being exchanged over a long period of time, and is not mixed into the water used in the fuel cell system.
本発明によれば、排ガスに含まれる燃焼燃料を吸着し脱着する吸着剤が充填された吸着装置を備えるので、未燃の燃焼燃料が系外に高い濃度で排出されたり燃料電池システムで利用される水の中に混入することがない燃料電池システムを提供することができる。 According to the present invention, since the adsorption device filled with the adsorbent that adsorbs and desorbs the combustion fuel contained in the exhaust gas is provided, the unburned combustion fuel is discharged out of the system at a high concentration or used in the fuel cell system. It is possible to provide a fuel cell system that is not mixed in the water.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
最初に、図1を参照して本発明の実施の形態に係る燃料電池システム1の構成について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム1を説明するブロック図である。燃料電池システム1は、液体の燃焼燃料m2を燃焼し改質熱を得て導入した原料燃料m1を改質して水素に富む燃料ガスgを生成する燃料処理装置10と、燃焼燃料m2を燃焼した後の排ガスeを通過させる吸着装置としての活性炭充填塔20と、燃料ガスgと酸化剤ガスa1とを導入して発電する燃料電池30と、排ガスeと燃料電池から排出されるカソードオフガスqとの混合ガスである混合排ガスhから水分wを分離し回収する気水分離器40と、混合排ガスhから回収した水分wを浄化する水処理装置51、52と、燃料電池30に導入する空気a1を加湿する気液接触塔60とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, the configuration of the
燃料処理装置10は、GTL(Gas to Liquid)や灯油等の液体の原料燃料m1と改質用水sとを導入し、水蒸気改質反応により水素に富む燃料ガスgを生成する装置である。なお、水素に富む燃料ガスとは、水素を40%以上、特に70%程度含む燃料ガスである。燃料処理装置10は改質触媒充填層を有しており、水素に富む改質ガスを生成し、改質ガスから一酸化炭素を低減して燃料ガスgを生成するように構成されている。燃料処理装置10は、導入した液体の原料燃料m1を気化する気化器を有している。原料燃料m1を改質する水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、燃料処理装置10は改質に必要な改質熱を得るための燃焼部11を有している。燃焼部11はバーナーを有し、起動時は燃焼燃料m2と空気a2とを導入し燃焼して改質熱を得るように構成されている。また、燃料電池30が運転されると、燃料電池30から導出された電気化学的反応に使用されなかった水素を含むアノードオフガスpを燃焼部11に導入し燃焼して改質熱を得るように構成されている。燃料処理装置10は、原料燃料m1を導入する原料燃料導入口と、改質用水sを導入する改質剤導入口と、生成した燃料ガスgを導出する燃料ガス導出口を有している。燃料ガス導出口は燃料電池30の燃料極31と接続されており、燃料ガスgを燃料極31へ供給することができるように構成されている。また、燃焼部11は、アノードオフガスpを導入するアノードオフガス導入口と、燃焼燃料m2を導入する燃焼燃料導入口と、燃焼した排ガスeを導出する排ガス導出口を有している。アノードオフガス導入口は燃料電池30の燃料極31と、排ガス導出口は活性炭充填塔20と接続されている。なお、「接続される」とは、流路等によって接続される場合を含む。
The
燃料ガスgに改質される原料燃料m1と改質熱を得るために燃焼する燃焼燃料m2とは同じ燃料mが分流して導入される。なお、原料燃料m1と燃焼燃料m2とは必ず同じ燃料でなければならないというわけではないが、本発明では少なくとも燃焼燃料m2は液体の燃料である。 The same fuel m as the raw fuel m1 reformed into the fuel gas g and the combustion fuel m2 combusted to obtain reforming heat are branched and introduced. The raw fuel m1 and the combustion fuel m2 do not necessarily have to be the same fuel, but in the present invention, at least the combustion fuel m2 is a liquid fuel.
活性炭充填塔20は、燃料処理装置10の燃焼部11からの排ガスeを上部から導入し、排ガスeに含まれる未燃の燃焼燃料を吸着し、未燃の燃焼燃料が吸着された後の排ガスeを下部から排出するように構成されている。活性炭充填塔20は、充填塔21の内部に吸着剤としての活性炭シート22が充填されている。充填塔21は、耐熱性及び耐食性の観点からステンレス鋼製であることが好ましい。充填塔21の形状は、排ガスeを均一に流す観点から円筒形状であることが好ましいが、これに限らず四角柱やその他の形状であってもよい。また、充填塔21は保温材等で保温されていることが好ましい。
The activated carbon packed
活性炭シート22は、繊維活性炭をシート状に加工して作られている。充填塔21に充填する活性炭は、シート状以外の、例えば粒状、未加工の繊維状であってもよい。ただし、吸着速度の観点から大きな幾何学表面積を有する、繊維活性炭をシート状に加工して作られた活性炭シートが好適である。ここで、「シート状」は繊維活性炭の織布若しくは不織布又はフェルト状のものも含む。活性炭シート22は、100℃以下の温度で吸着し150℃以上の温度で脱着する特性を有するものが好ましく、例えば燃焼燃料m2が灯油の場合は吸着の対象となる未燃の燃料成分が炭素数10〜16程度の炭化水素であるので、このような炭化水素に対して上記のような吸着脱着特性を有する活性炭シートであることが好ましい。さらに、活性炭シート22は、プリーツ状に加工して、又は複数枚を重ねて充填塔21に充填されることが好ましい。
The activated
充填塔21に対する活性炭シート22の充填量は、空塔速度が5000h−1以上50000h−1以下であることが好ましい。さらに、充填塔21の小型化の観点から下限は10000h−1以上であることがより好ましく、吸着性能向上の観点から上限は20000h−1以下であることがより好ましい。このように構成すると、必要な吸着性能を確保しつつ充填塔21の大きさを最小限に留めることができる。なお、ここでいう「空塔速度」とは、充填塔を通過する排ガス流量(m3/h)を充填塔の容積(m3)で除した値で定義する。その物理的意味は、充填塔21の容積分の排ガスeを単位時間あたり何回処理できるかということである。
Loading of the activated
燃料処理装置10の燃焼部11と活性炭充填塔20とは排ガス流路25で接続されており、排ガス流路25内は排ガスeが流れる。なお、活性炭充填塔20が配設される位置は気水分離器40の上流であればよいが、燃料処理装置10に極力近いことが好ましい。
The
燃料電池30は固体高分子型燃料電池であり、水素に富む燃料ガスgと酸素を含有する酸化剤ガスa1とを導入し電気化学的反応により発電して熱を発生するように構成されている。燃料電池30は燃料ガスgを導入する燃料極31と酸化剤ガスa1を導入する空気極32とを備えており、さらに発電に伴って発生した熱を除去する冷却水cを導入する冷却部33を備えている。燃料極31は、燃料ガスgを導入する燃料ガス導入口と反応に使用されなかった水素を含むアノードオフガスpを排出するアノードオフガス排出口とを有している。空気極32は、酸化剤ガスa1を導入する酸化剤ガス導入口と反応に使用されなかった酸素を含むカソードオフガスqを排出するカソードオフガス排出口とを有している。冷却部33は、温度が低い冷却水cを導入する冷却水導入口と燃料電池30から受熱して温度が上昇した冷却水cを導出する冷却水導出口とを有している。燃料極31の燃料ガス導入口は燃料処理装置10の燃料ガス導出口と接続され、アノードオフガス排出口は燃焼部11のアノードオフガス導入口と接続されている。空気極32のカソードオフガス排出口は流路35と接続されている。流路35は排ガス流路25と接続され、流路45として気水分離器40に導かれている。
The
気水分離器40は、排ガスeとカソードオフガスqとの混合排ガスhから水分を凝縮させて分離回収するように構成されている。気水分離器40は分離された回収水wを導出する回収水導出口を有し、回収水導出口には気液接触塔60につながる流路44が接続されている。
The
流路44は補給水導入口を有している。補給水は、気液接触塔60下部に貯留される水を所定の水位に保つために必要に応じて導入され、典型的には水道水である。回収水wは導入された補給水と共に気液接触塔60下部に貯留された後、流路54を通ってポンプ53にて圧送され、流路14及び水処理装置51を介して燃料処理装置10に送られ、流路64及び水処理装置52を介して気液接触塔60に送られる。
The
水処理装置51は、燃料処理装置10に導入する改質用水sを浄化する装置である。水処理装置51は流路14に配設され、典型的にはイオン交換樹脂を備えており、改質用水sを純水に精製するように構成されている。水処理装置52は、燃料電池30に導入する酸化剤ガスa1を加湿する加湿用水kを浄化する装置である。水処理装置52は流路64に配設され、典型的には陰イオン交換樹脂を備えており、加湿用水kを常にアルカリ性に保って酸化剤ガスa1に含まれるNOx、SOx等の酸性ガスの汚染物質が効果的に除去されるように構成されている。
The
気液接触塔60は、燃料電池30に導入される酸化剤ガスa1を加湿し、酸性ガスの汚染物質を除去するように構成されている。気液接触塔60は、上部に加湿用水kを導入する加湿用水導入口が、下部に酸化剤ガスa1を導入する酸化剤ガス導入口が設けられており、酸化剤ガス導入口から導入された酸化剤ガスa1と加湿用水導入口から導入され散布された加湿用水kとが向流接触して酸化剤ガスa1が加湿されるように構成されている。また、気液接触塔60の頂部には加湿された酸化剤ガスa1が燃料電池30に向けて導出される酸化剤ガス導出口が、下部には回収水wを導入する回収水導入口が、底部には散布され酸化剤ガスa1に乗らなかった加湿用水kを含む回収水wを導出する回収水導出口が設けられている。回収水導出口は流路54と接続されており、気液接触塔60から導出された回収水wはポンプ53により水処理装置51、52に圧送される。
The gas-
続いて図1を参照して本発明の実施の形態に係る燃料電池システム1の作用について説明する。
燃料電池システム1の起動時は、燃料処理装置10の燃焼部11に燃焼燃料m2と空気a2とが導入され、バーナーにより燃焼燃料m2が燃焼し燃料処理装置10が予熱される。燃焼燃料m2が燃焼した後の排ガスeは、排ガス導出流路25から活性炭充填塔20に向けて導出される。起動時の排ガスeにはバーナー点火時の着火遅れにより燃焼せずに残った気化又は噴霧した液体燃料m2が含まれている。このときの排ガスeの温度は100℃以下の場合がほとんどであり、燃焼部11から排出される排ガスeの温度としては比較的低い。
Next, the operation of the
When the
燃焼部11から排出された未燃の燃焼燃料m2を含んだ排ガスeは活性炭充填塔20に導入される。活性炭充填塔20に導入された排ガスeは、充填塔21の内部に充填されている活性炭シート22と接触する。このときの排ガスeは常温以上100℃以下と比較的低い温度なので、排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2は低い温度域で大きい吸着容量を示す活性炭シート22に吸着される。このように活性炭シート22に未燃の燃焼燃料m2が吸着された排ガスeが活性炭充填塔20から導出される。したがって、活性炭充填塔20から導出された排ガスeは、未燃の燃焼燃料m2の濃度が十分に低下している。
The exhaust gas e containing unburned combustion fuel m2 discharged from the
燃焼燃料の着火後は排ガスeの温度が徐々に上昇していく。排ガスeの温度が上昇すると未燃の燃焼燃料m2に対する活性炭シート22の吸着能力が低下する。しかし、このとき排ガスe中に未燃の燃焼燃料m2は実質的に存在していない。
After ignition of the combustion fuel, the temperature of the exhaust gas e gradually increases. When the temperature of the exhaust gas e rises, the adsorption capacity of the activated
燃料処理装置10の予熱が完了したら、燃料処理装置10に原料燃料m1と改質用水sとが導入される。燃料処理装置10に導入された原料燃料m1は気化された後改質触媒充填層に導かれ、改質用水sは水蒸気にされた後改質触媒充填層に導かれる。改質触媒充填層に導かれた原料燃料m1と改質剤sとは、燃焼部11からの改質熱を得て水蒸気改質反応が行なわれ、水素に富む改質ガスが生成される。生成された改質ガスは一酸化炭素を含んでいるため、改質ガスはさらに一酸化炭素低減反応が行なわれて一酸化炭素が低減された水素に富む燃料ガスgが生成される。
When the preheating of the
生成された燃料ガスgは燃料電池30の燃料極31に導入される。空気極32には気液接触塔60で加湿された酸化剤ガスa1が導入される。燃料電池30は、燃料極31に導入された燃料ガスg中の水素と空気極32に導入された酸化剤ガスa中の酸素との電気化学的反応により発電し水と熱を発生する。電気化学的反応に使用されなかった燃料ガスgはアノードオフガスpとして燃料極31から排出される。電気化学的反応に使用されなかった酸化剤ガスa1はカソードオフガスqとして空気極32から排出される。アノードオフガスpは水素を30〜40%程度含んでおり、燃料処理装置10の燃焼部11に導かれ、燃焼されて改質熱を得るために用いられる。カソードオフガスqは燃焼部11から排出される排ガスeと合流し、気水分離器40で水分wが分離回収された後に燃料電池システム1外へ排出される。一方、燃料電池30で発電された電力は、電灯や電気機器等の電力負荷にて消費される。
The generated fuel gas g is introduced into the
発電に伴い発熱した燃料電池30は、冷却部33に冷却水cが導入されて冷却される。冷却水cは不図示の冷却水ポンプにより循環し、燃料電池30のセルの固体高分子膜保護等のために燃料電池30は適正温度に保たれる。
The
燃料極31から排出されたアノードオフガスpが燃料処理装置10の燃焼部11に導入されると燃焼燃料m2の燃焼部11への供給が停止され、燃焼燃料m2に代わってアノードオフガスpが燃焼して水蒸気改質反応に必要な改質熱が得られる。アノードオフガスpが燃焼した後の排ガスeは、排ガス導出流路25から活性炭充填塔20に向けて導出される。このとき燃料処理装置10は定常運転になっている。定常運転時の排ガスeの温度は、着火時の100℃以下から徐々に上昇して150℃以上に達している。排ガスeの温度が150℃以上に達すると、一度活性炭シート22に吸着された未燃の燃焼燃料m2が徐々に脱着する。しかし、未燃の燃焼燃料m2が脱着しても排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2の濃度が相対的に低く、冷却されても未燃の燃焼燃料m2が結露する飽和濃度以下であるため、未燃の燃焼燃料m2が燃料電池システム1で改質用水sや加湿用水kとして使用される回収水wに混入することがない。なお、厳密にいえば、徐々に脱着した未燃の燃焼燃料m2が排ガスeに含まれて燃料電池システム1外に排出されることとなるが、このときに燃料電池システム1外に排出される燃焼燃料m2は極めて微量であるので環境汚染にほとんど影響を与えない。一方で燃焼燃料m2が脱着した活性炭シート22は再生され、長期間にわたり交換することなく使用できることとなる。
When the anode off-gas p discharged from the
ここで、図2を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム1の起動時から定常運転に至るまでの活性炭充填塔20出口における排ガスe中の燃焼燃料m2の濃度の経時変化を説明する。なお図2中、C1は活性炭充填塔20出口における排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2成分の最高濃度を、C2は排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2成分が結露する飽和濃度を、C3は活性炭充填塔20出口における脱着による排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2の最高濃度を示している。また、T1は着火時の活性炭充填塔20入口における排ガスeの温度を、T2は脱着が始まる時の活性炭充填塔20入口における排ガスeの温度を、T3は定常運転時の活性炭充填塔20入口における排ガスeの温度を示している。
Here, with reference to FIG. 2, a change with time of the concentration of the combustion fuel m2 in the exhaust gas e at the outlet of the activated carbon packed
燃料電池システム1の起動時は、排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2成分の濃度は実質ゼロに近く、排ガスeの温度もT1と比較的低い。燃料処理装置10の燃焼部11内に導入する燃焼燃料m2が増加しバーナーを点火すると、燃焼燃料m2の着火遅れに伴い排ガスe中の燃焼燃料m2の濃度がC1まで上昇する。最高濃度C1は排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2成分が結露する飽和濃度C2よりも十分に低いので未燃の燃焼燃料m2成分が結露することはない。
When the
さらに時間が経過し、活性炭シート22から未燃の燃焼燃料m2の脱着が始まる温度T2まで排ガスeの温度が上昇すると、排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2の濃度が上昇し始める。排ガスeの温度上昇に伴って徐々に排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2の濃度が上昇していくと、脱着による排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2の最高濃度C3に至る。排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2の濃度がC3に達した後は未脱着の燃焼燃料m2がもはや残り少ないので排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2の濃度が徐々に低下していき、排ガスeの温度が定常運転時の温度であるT3に達した後しばらくすると、排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2の濃度が実質ゼロに低下し、以降安定的に推移する。
As time elapses and the temperature of the exhaust gas e rises to a temperature T2 at which desorption of the unburned combustion fuel m2 starts from the activated
なお、比較例として、図3を参照して、従来の、排ガス導出流路25に活性炭充填塔20を備えていない燃料電池システムにおける燃焼部11出口における排ガスe中の燃焼燃料m2の濃度の経時変化を説明する。図3中、C4は着火遅れによる排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2成分の最高濃度を、C2は排ガスe中の未燃の燃焼燃料m2成分が結露する飽和濃度を示している。燃料電池システムの起動時は、排ガスe中の燃焼燃料m2成分の濃度が実質ゼロだが、燃料処理装置10の燃焼部11内に燃焼燃料m2が導入されバーナーを点火すると、燃焼燃料m2の着火遅れに伴い排ガスe中の燃焼燃料m2の濃度がC4まで上昇する。最高濃度C4は排ガスe中の燃焼燃料m2成分が結露する飽和濃度C2よりもかなり高く、従来の燃料電池システムにおいて燃焼燃料m2に液体の燃料を使用した場合は未燃の燃焼燃料m2の成分が結露し回収水に混入することは避け難い。
As a comparative example, referring to FIG. 3, the concentration of the combustion fuel m2 in the exhaust gas e at the outlet of the
ここから再び本発明の実施の形態における燃料電池システム1の作用の説明に戻る。活性炭充填塔20から導出された排ガスeは、燃料電池30の空気極32から排出されたカソードオフガスqと合流し混合排ガスhとなって流路45を流れ、気水分離器40に導かれる。気水分離器40に導入された混合排ガスhは冷却されて水分wが分離回収される。水分wが回収された混合排ガスhは燃料電池システム1外へ排出される。気水分離器40に導入された混合排ガスhは、燃料電池システム1の起動時はカソードオフガスqの発生がないため実質的には排ガスeそのものであり、このときの排ガスeは温度が比較的低い(100℃以下)ため、燃焼燃料m2への着火遅れによる未燃の燃焼燃料m2の成分は活性炭シート22に吸着され濃度が十分に低下しており、気水分離器40に導入され冷却されても燃焼燃料m2成分の濃度が結露する飽和濃度以下なので、未燃の燃焼燃料m2が回収水wに混入することがない。また、燃料電池システム1が定常運転に近づくにつれ混合排ガスh中に活性炭シート22から脱着した未燃の燃焼燃料m2が含まれることとなるが、混合排ガスh中の未燃の燃焼燃料m2の濃度が相対的に低く、冷却されても未燃の燃焼燃料m2が結露する飽和濃度以下であるため、未燃の燃焼燃料m2が回収水wに混入することがない。
From here, it returns to description of the effect | action of the
気水分離器40で分離回収された回収水wは流路44を通り途中必要に応じて補給水が補充されて一旦気液接触塔60下部の貯水部に導入され酸化剤ガスa1に乗らなかった加湿用水kと混合された後、流路54を通って水処理装置51、52に導入される。水処理装置51に導入された回収水wは純水に精製されて改質用水sとして燃料処理装置10に導入さる。水処理装置52に導入された回収水wはアルカリ性に維持されて加湿用水kとして気液接触塔60に導入される。
The recovered water w separated and recovered by the
気液接触塔60に導入された加湿用水kは、気液接触塔60の上部から散布され、下部から導入された酸化剤ガスa1を加湿する。加湿用水kの一部は酸化剤ガスa1に乗って燃料電池30の燃料極32に送られる。酸化剤ガスa1に乗らなかった加湿用水kは、気液接触塔60の下部に一旦溜められた後回収水wと混合され、流路54を通って水処理装置51、52の上流側に導かれて気水分離器40からの回収水wと混合し、再び水処理装置51、52にて浄化されて、改質用水s及び加湿用水kに利用される。
The humidifying water k introduced into the gas-
以上のように、本発明者らは原料燃料(燃焼燃料)として安価な液体の燃料を用いた燃料電池システムを実用化すべく鋭意研究を行なった結果、炭化水素のような非極性気体分子に対し比較的低い温度(例えば100℃程度以下)において大きな吸着能力を示し、温度が高くなるに従いその吸着能力が低下するという活性炭の物理吸着特性と、燃焼部11からの排ガスeの温度が点火時(すなわち着火遅れによる未燃の液体燃料m2の発生時)には100℃以下と比較的低く、着火後徐々に温度が高くなって定常運転時には150℃以上に達するという燃料電池システム1の起動特性とに着眼し、両特性のマッチングに関して試行を重ねて、本発明を完成させるに至ったのである。
As described above, the present inventors conducted intensive research to put into practical use a fuel cell system that uses an inexpensive liquid fuel as a raw material fuel (combustion fuel). The physical adsorption characteristics of activated carbon exhibiting a large adsorption capability at a relatively low temperature (for example, about 100 ° C. or less), and the adsorption capability decreases as the temperature increases, and the temperature of the exhaust gas e from the
以上の説明では、吸着剤22は活性炭であることとして説明したが、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナなど、未燃の燃焼燃料m2を100℃以下の温度で吸着し、150℃以上の温度で脱着をする特性を持つ材料であってもよい。 In the above description, the adsorbent 22 is described as activated carbon, but unburned combustion fuel m2 such as zeolite, silica gel, activated alumina, etc. is adsorbed at a temperature of 100 ° C. or lower and desorbed at a temperature of 150 ° C. or higher. The material which has the characteristic to do may be sufficient.
以上のように、本実施の形態に係る燃料電池システム1は、液体の燃焼燃料m2の点火時に着火遅れがあっても未燃の燃焼燃料m2が回収水wに、換言すれば燃料処理装置10に導入する改質用水sや酸化剤ガスa1を加湿する加湿用水kに混入することがないので、DSS運転(1日に1回以上の起動停止を行なう運転方式)のように頻繁な起動停止を行なう液体燃料の燃料電池システムであっても安定的に運転することができる。また、未燃の液体燃料が高い濃度で燃料電池システム1外に排出されることが抑制され、環境汚染問題も大幅に改善することができる。
As described above, in the
1 燃料電池システム
10 燃料処理装置
11 燃焼部
20 吸着装置
22 吸着剤
25 排ガス導出流路
30 燃料電池
e 排ガス
g 燃料ガス
m1 原料燃料
m2 燃焼燃料
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記燃焼部から排ガスを導出する排ガス導出流路に配置され、該排ガスに含まれる燃焼燃料を吸着する吸着剤が充填された吸着装置と;
前記燃料ガスを導入し発電する燃料電池とを備える;
燃料電池システム。 A fuel processing apparatus that introduces a raw material fuel and reforms to produce a fuel gas rich in hydrogen, and has a combustion section that introduces and burns a liquid combustion fuel to burn and generates heat necessary for the reforming A fuel processor;
An adsorption device that is disposed in an exhaust gas outlet passage that extracts exhaust gas from the combustion section and is filled with an adsorbent that adsorbs combustion fuel contained in the exhaust gas;
A fuel cell that introduces the fuel gas and generates electric power;
Fuel cell system.
請求項1に記載の燃料電池システム。
The adsorbent is activated carbon;
The fuel cell system according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004198374A JP2006019226A (en) | 2004-07-05 | 2004-07-05 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004198374A JP2006019226A (en) | 2004-07-05 | 2004-07-05 | Fuel cell system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006019226A true JP2006019226A (en) | 2006-01-19 |
Family
ID=35793291
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004198374A Pending JP2006019226A (en) | 2004-07-05 | 2004-07-05 | Fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006019226A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008053209A (en) * | 2006-07-26 | 2008-03-06 | Kyocera Corp | Fuel cell device |
JP2009070692A (en) * | 2007-09-13 | 2009-04-02 | Nippon Oil Corp | Fuel cell system |
JP2009224065A (en) * | 2008-03-13 | 2009-10-01 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Starting method of fuel cell power generation device, and fuel cell power generation device |
JP2009238589A (en) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Fuel cell power generating system |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS625820U (en) * | 1985-06-25 | 1987-01-14 | ||
JPS6210223U (en) * | 1985-07-04 | 1987-01-22 | ||
JPH03138411A (en) * | 1989-10-24 | 1991-06-12 | Nichias Corp | Exhaust purifier of methanol engine |
JP2001017835A (en) * | 1999-07-09 | 2001-01-23 | Nissan Motor Co Ltd | Method for cleaning exhaust gas of fuel cell system and exhaust gas cleaning device |
JP2003317767A (en) * | 2002-04-25 | 2003-11-07 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2004006111A (en) * | 2002-05-31 | 2004-01-08 | Toshiba International Fuel Cells Corp | Fuel cell system |
-
2004
- 2004-07-05 JP JP2004198374A patent/JP2006019226A/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS625820U (en) * | 1985-06-25 | 1987-01-14 | ||
JPS6210223U (en) * | 1985-07-04 | 1987-01-22 | ||
JPH03138411A (en) * | 1989-10-24 | 1991-06-12 | Nichias Corp | Exhaust purifier of methanol engine |
JP2001017835A (en) * | 1999-07-09 | 2001-01-23 | Nissan Motor Co Ltd | Method for cleaning exhaust gas of fuel cell system and exhaust gas cleaning device |
JP2003317767A (en) * | 2002-04-25 | 2003-11-07 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2004006111A (en) * | 2002-05-31 | 2004-01-08 | Toshiba International Fuel Cells Corp | Fuel cell system |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008053209A (en) * | 2006-07-26 | 2008-03-06 | Kyocera Corp | Fuel cell device |
JP2009070692A (en) * | 2007-09-13 | 2009-04-02 | Nippon Oil Corp | Fuel cell system |
JP2009224065A (en) * | 2008-03-13 | 2009-10-01 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Starting method of fuel cell power generation device, and fuel cell power generation device |
JP2009238589A (en) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Fuel cell power generating system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2006525626A (en) | Fuel cell system utilizing recirculation of anode exhaust gas | |
US20040247985A1 (en) | Fuel cell | |
JP4096690B2 (en) | Fuel cell system and hydrogen gas supply device | |
JP3809646B2 (en) | Fuel cell device | |
JP2011146175A (en) | Fuel cell system | |
JP4504614B2 (en) | Fuel cell power generation system | |
JPH11169661A (en) | Carbon dioxide recovering device | |
JP2003257457A (en) | Fuel cell power generation system | |
WO2010079561A1 (en) | Fuel cell system | |
JPH08138703A (en) | Fuel cell power generating system | |
JP2003151599A (en) | Fuel cell system | |
JP2006019226A (en) | Fuel cell system | |
JP2003031255A (en) | Fuel cell power generation device and feeding method of condensate to water storage tank | |
JP3956755B2 (en) | Fuel cell power generation system | |
JP2009503791A (en) | Gas separation method and apparatus using partial pressure swing adsorption | |
JP2003132928A (en) | Fuel cell system | |
JP6638464B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2004292293A (en) | Apparatus for generating hydrogen and method of its operation | |
JP2008130266A (en) | Circulation method of condensed water in fuel cell system | |
JP4364029B2 (en) | Direct liquid fuel cell power generator | |
JP3349802B2 (en) | Method and apparatus for regenerating nitrogen gas for fuel cell sealing | |
JP4719407B2 (en) | Fuel cell cogeneration system | |
JP2012136560A (en) | Desulfurization system, and method of controlling the same | |
JP2005285626A (en) | Fuel gas manufacturing power generation system | |
JP2004327429A (en) | Fuel cell and air purifier for fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070614 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20090917 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101029 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101102 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110301 |