JP2006107956A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原燃料を燃料改質器で改質して得た改質ガスを電池本体へ供給する燃料電池システム、および、原燃料を燃料改質器で改質して得た改質ガスを電池本体へ供給するとともに、上記電池本体から排出される排燃料を上記燃料改質器のバーナで燃焼処理する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that supplies a reformed gas obtained by reforming raw fuel with a fuel reformer to a battery body, and a reformed gas obtained by reforming raw fuel with a fuel reformer. In addition, the present invention relates to a fuel cell system in which exhaust fuel discharged from the battery body is combusted by a burner of the fuel reformer.
一般に燃料電池システムは、都市ガスなどの炭化水素系燃料を改質して得られる水素と、空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電するものであり、高い発電効率が得られる特長がある。しかも大気汚染物質の排出が少なく低騒音という環境性に優れた発電システムとして評価されている。燃料電池は、電解質の種類により型式が分けられるが、最近では、電解質に固体高分子膜を用いたタイプの燃料電池を用いて、一般家庭用をターゲットとした開発が盛んに進められている。 In general, a fuel cell system generates electricity by electrochemically reacting hydrogen obtained by reforming a hydrocarbon-based fuel such as city gas and oxygen in the air, resulting in high power generation efficiency. There is. Moreover, it has been evaluated as an environmentally friendly power generation system with low emission of air pollutants and low noise. The type of fuel cell is classified according to the type of electrolyte, but recently, a fuel cell of a type using a solid polymer membrane as the electrolyte has been actively developed for general household use.
このような燃料電池システムの構成例として、改質器、CO変成器、CO選択酸化器および燃料電池本体から構成されるシステムがある(例えば特許文献1参照)。都市ガス配管から供給される原燃料は、改質に必要な水蒸気と混合された後、改質器に供給されて、次の化学反応式で示される改質反応とシフト反応が同時に進行して水素リッチ(水素濃度が高いこと。以下同じ)な改質ガスとなる。 As a configuration example of such a fuel cell system, there is a system including a reformer, a CO converter, a CO selective oxidizer, and a fuel cell main body (see, for example, Patent Document 1). The raw fuel supplied from the city gas pipe is mixed with the steam required for reforming and then supplied to the reformer, where the reforming reaction and shift reaction shown in the following chemical reaction formula proceed simultaneously. The reformed gas is rich in hydrogen (high hydrogen concentration; the same applies hereinafter).
CH4+H2O → CO2+3H2 (改質反応) CH 4 + H 2 O → CO 2 + 3H 2 (reforming reaction)
CO +H2O → CO2+ H2 (シフト反応) CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (shift reaction)
次に、改質ガス中のCO濃度を更に低減してより水素リッチな改質ガスを得るために、改質器を出たガスはCO変成器に供給されて、次に示すシフト反応によりCO濃度が低減される。このとき、CO変成器出口のCO濃度は約1%となる。 Next, in order to further reduce the CO concentration in the reformed gas to obtain a hydrogen-rich reformed gas, the gas exiting the reformer is supplied to the CO converter, and the CO is converted by the following shift reaction. The concentration is reduced. At this time, the CO concentration at the CO transformer outlet is about 1%.
CO +H2O → CO2+ H2 (シフト反応) CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (shift reaction)
改質ガス中に含まれるCOは、電池本体の触媒毒となることが知られており、その運転温度が低いほど電池本体の電圧低下は顕著となる。特に、固体高分子型燃料電池の運転温度は約80℃と比較的低い温度であるため、CO濃度の許容値としては10ppm程度に抑えることが必要である。そのため、従来の固体高分子型燃料電池システムでは、CO変成器の下流にCO選択酸化器を設置することが必要とされており、CO変成器を出た改質ガスに少量の空気を混合させてCO選択酸化器に供給し、そこで次に示すCO酸化反応を選択的に進行させてCO濃度を低減していた。 It is known that CO contained in the reformed gas becomes a catalyst poison of the battery main body, and the voltage drop of the battery main body becomes more remarkable as the operating temperature is lower. In particular, since the operating temperature of the polymer electrolyte fuel cell is a relatively low temperature of about 80 ° C., the allowable value of the CO concentration needs to be suppressed to about 10 ppm. Therefore, in the conventional polymer electrolyte fuel cell system, it is necessary to install a CO selective oxidizer downstream of the CO converter, and a small amount of air is mixed with the reformed gas exiting the CO converter. Then, the CO selective oxidizer was supplied, and the following CO oxidation reaction was selectively advanced to reduce the CO concentration.
CO +(1/2)O2 → CO2 (CO酸化反応) CO + (1/2) O 2 → CO 2 (CO oxidation reaction)
CO選択酸化器を出た改質ガスは、燃料電池の燃料極に供給され、電池本体で電気化学反応が進行して直流電力が発生する。一般的に、電池本体では供給された改質ガスの約8割が発電に寄与し、残りは未反応の水素を含む排燃料として、改質器バーナに供給され燃焼処理されるとともに、改質反応の熱源として熱回収される。
さて、上述した燃料電池システムにおいて、特に家庭用に設置する場合は、家庭の負荷変動に追従するような運転を要求されることが多い。一般に、家庭用の負荷変動速度は非常に速いため、燃料電池システムではCO変成器やCO選択酸化器などの熱容量による温度追従遅れからこれら反応器の運転温度が変動して、CO選択酸化器出口の改質ガスのCO濃度を電池本体の許容値以内に制御することは困難となる。そのため、負荷変動時のCO濃度変動により電池電圧が不安定となり、さらには負荷追従運転が困難となる課題があった。 Now, in the above-described fuel cell system, particularly when installed for home use, there is often a demand for an operation that follows the load fluctuation of the home. In general, because the load fluctuation speed for home use is very fast, in the fuel cell system, the operating temperature of these reactors fluctuates due to the temperature tracking delay due to the heat capacity of the CO converter, CO selective oxidizer, etc. It becomes difficult to control the CO concentration of the reformed gas within the allowable value of the battery body. Therefore, there has been a problem that the battery voltage becomes unstable due to the CO concentration fluctuation at the time of load fluctuation, and furthermore, the load following operation becomes difficult.
また、燃料電池本体から排出される排燃料流量は、負荷変動とともに変化するため、改質器バーナの燃焼空気の追従遅れ等によりバーナの燃焼性が過渡的に不安定となり、場合によりCOやメタン等の未燃分が過渡的に排出されてしまう課題があった。 In addition, since the flow rate of exhaust fuel discharged from the fuel cell body changes with load fluctuations, the burner combustibility becomes transiently unstable due to the delay in following the combustion air of the reformer burner. There has been a problem that unburned components such as such are transiently discharged.
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、急激な負荷変動時にも電池本体に供給される改質ガス中のCO濃度を許容範囲内に抑えて、電池電圧が不安定にならないことを可能にすることと、過渡的なバーナ燃焼の不安定により発生するCOやメタン等の未燃分を処理して、安定した負荷追従機能を提供することのできる燃料電池システムを得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and suppresses the CO concentration in the reformed gas supplied to the battery body within an allowable range even during a sudden load fluctuation, thereby making the battery voltage unstable. To obtain a fuel cell system capable of providing a stable load following function by enabling non-combustion and processing unburned components such as CO and methane generated by transient instability of burner combustion With the goal.
本発明は、原燃料を燃料改質器で改質して得た改質ガスを電池本体へ供給する燃料電池システムにおいて、前記電池本体の上流に、上記改質ガスを処理する光触媒反応器と、上記光触媒反応器へ紫外線を照射する紫外線照射装置を備えたものである。 The present invention relates to a fuel cell system for supplying a reformed gas obtained by reforming raw fuel with a fuel reformer to a cell body, and a photocatalytic reactor for processing the reformed gas upstream of the cell body; And an ultraviolet irradiation device for irradiating the photocatalytic reactor with ultraviolet rays.
また、前記光触媒反応器の上流に、前記改質ガスへ空気を混合するための空気供給手段をさらに備えたものである。 In addition, an air supply means for mixing air with the reformed gas is further provided upstream of the photocatalytic reactor.
また、前記電池本体の電池電圧が、所定値よりも低下しているときには、前記紫外線照射装置から紫外線を照射させて前記光触媒反応器の光触媒反応を行わせるとともに、前記空気供給手段により、前記改質ガスへ空気を混合するようにしたものである。 Further, when the battery voltage of the battery main body is lower than a predetermined value, the photocatalytic reaction of the photocatalytic reactor is performed by irradiating ultraviolet rays from the ultraviolet irradiating device, and the air supply means performs the modification. The air is mixed with the quality gas.
また、前記紫外線照射装置の電源は、前記電池本体から供給するようにしたものである。 The power of the ultraviolet irradiation device is supplied from the battery body.
また、前記光触媒反応器には、光触媒を表面にコーティングした透明な球状樹脂からなる光触媒部材が充填されるものである。 The photocatalytic reactor is filled with a photocatalytic member made of a transparent spherical resin having a photocatalyst coated on the surface.
また、前記光触媒反応器の前記光触媒部材を充填する容器は、前記紫外線照射装置から照射される紫外線を透過可能な透明壁を備えたものである。 Moreover, the container filled with the photocatalyst member of the photocatalyst reactor is provided with a transparent wall capable of transmitting ultraviolet rays irradiated from the ultraviolet irradiation device.
また、前記光触媒反応器の前記光触媒部材を充填する容器は、前記紫外線照射装置から照射される紫外線を遮光する遮光部材からなり、上記紫外線照射装置から照射される紫外線を上記容器内部へ導く光導通手段を備えたものである。 The container filled with the photocatalyst member of the photocatalyst reactor is a light shielding member that shields the ultraviolet rays irradiated from the ultraviolet irradiation device, and conducts light that guides the ultraviolet rays irradiated from the ultraviolet irradiation device to the inside of the container. Means are provided.
また、前記容器の内面には、光触媒がコーティングされているものである。 The inner surface of the container is coated with a photocatalyst.
また、前記光触媒は、酸化チタンである。 The photocatalyst is titanium oxide.
また、前記光触媒は、酸化チタンにルテニウムを添加したものである。 The photocatalyst is obtained by adding ruthenium to titanium oxide.
また、原燃料を燃料改質器で改質して得た改質ガスを電池本体へ供給するとともに、上記電池本体から排出される排燃料を上記燃料改質器のバーナで燃焼処理する燃料電池システムにおいて、上記バーナで燃焼処理された後の排ガスを処理する光触媒反応器と、上記光触媒反応器へ紫外線を照射する紫外線照射装置を備えたものである。 A fuel cell that supplies a reformed gas obtained by reforming raw fuel with a fuel reformer to the battery body, and burns exhaust fuel discharged from the battery body with a burner of the fuel reformer. The system includes a photocatalytic reactor for treating exhaust gas after being burned by the burner, and an ultraviolet irradiation device for irradiating the photocatalytic reactor with ultraviolet rays.
また、前記電池本体の負荷変動が、所定値よりも大きい場合には、前記紫外線照射装置から紫外線を照射させて前記光触媒反応器の光触媒反応を行わせるようにしたものである。 Further, when the load fluctuation of the battery main body is larger than a predetermined value, the photocatalytic reaction of the photocatalytic reactor is performed by irradiating the ultraviolet ray from the ultraviolet ray irradiation device.
また、前記電池本体の起動時に、前記紫外線照射装置から紫外線を照射させて前記光触媒反応器の光触媒反応を行わせるようにしたものである。 In addition, when the battery body is started, the photocatalytic reaction of the photocatalytic reactor is performed by irradiating ultraviolet rays from the ultraviolet irradiation device.
また、前記電池本体の停止時に、前記紫外線照射装置から紫外線を照射させて前記光触媒反応器の光触媒反応を行わせるようにしたものである。 In addition, when the battery main body is stopped, the photocatalytic reaction of the photocatalytic reactor is performed by irradiating ultraviolet rays from the ultraviolet irradiation device.
したがって、本発明によれば、急激な負荷変動時や起動から負荷移行の過渡時に、電池本体に供給される改質ガス中のCO濃度を許容範囲内に抑えて電池電圧が不安定とならないようにすることが可能となるため、安定した負荷追従機能を実現できるという効果を得る。 Therefore, according to the present invention, the CO voltage in the reformed gas supplied to the battery body is kept within an allowable range so that the battery voltage does not become unstable during sudden load fluctuations or during transition from start to load. This makes it possible to achieve a stable load following function.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施例にかかる燃料電池システムの構成例を示している。 FIG. 1 shows a configuration example of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
同図において、原燃料は、燃料改質器の改質反応により水素濃度が高濃度のガス(水素リッチガス)に改質された後に、CO変成器2へ送られる。CO変成器2は、燃料改質器1から出力された水素リッチガスの水素濃度をシフト反応により更に高めるものであり、このCO変成器2から出た水素リッチガスは、空気と混合されて、CO選択酸化器3へ送られる。
In the figure, the raw fuel is reformed into a gas having a high hydrogen concentration (hydrogen rich gas) by the reforming reaction of the fuel reformer, and then sent to the
CO選択酸化器3は、空気と混合された水素リッチガスをCO選択酸化反応により電池本体10の触媒毒となるCOを更に低減するためのものであり、このCO選択酸化器3から出た水素リッチガスは、開閉弁4を介して供給される空気と混合されて、光触媒反応器5へ送られ、この光触媒反応器5を通過した後に、電池本体6の水素極へ供給される。また、電池本体6から排出されるガスは、燃料改質器1のバーナ1aへ送られ、バーナ1aで燃焼処理されるとともに、燃料改質器1の改質反応の熱源となり熱回収される。バーナ1aから排出された燃焼排ガスは、大気放出される。
The CO
また、紫外線照射装置7は、光触媒反応器5に紫外線を照射するためのものであり、その電源は、電池本体6より供給されている。また、電圧計8は、電池本体6のスタック電圧を測定するものであり、電流計9は、電池本体6から出力される電力の負荷電流を測定するものである。電圧計8の電圧測定値Vs、および、電流計9の電流測定値Isは、制御装置10へ加えられている。
The
制御装置10は、電流測定値Isと運転時間に基づいて、電池本体6の出力電圧の基準値を算出し、その基準値と電圧測定値Vsとの比較に基づいて、負荷変動時や起動から負荷移行の過渡状態で、電池電圧が基準値から低下したことを検知して、制御信号SS1により紫外線照射装置7の動作を開始して、光触媒反応器5に紫外線を照射するとともに、制御信号SS2により開閉弁4を開動作させて、CO酸化に必要な空気を光触媒反応器5に供給する。
The
図2(a)は、光触媒反応器5の構成例を示している。
FIG. 2A shows a configuration example of the
同図において、壁部材5aは、透明な材質からなり、その内部には、光触媒粒BZが多数充填されている。壁部材5aの上下は、それぞれシール部材5b、5cを介して、蓋部材5d,5eにより封止されており、蓋部材5dの中央部に形成された孔から処理対象となるガスが流入し、蓋部材5eの中央部に形成された孔から処理後のガスが流出する。
In the figure, the wall member 5a is made of a transparent material, and the inside thereof is filled with a large number of photocatalyst particles BZ. The upper and lower sides of the wall member 5a are sealed by
また、紫外線照射装置7の紫外線照射ランプ7a,7bは、光触媒反応器5の壁部材5aの外側に配設されていて、この紫外線照射ランプ7a,7bから出力される紫外線は、壁部材5aを透過して内部に収容された光触媒粒BZに照射される。
Further, the
光触媒粒BZの一例を同図(b)に示す。 An example of the photocatalyst particles BZ is shown in FIG.
この光触媒粒BZは、球状に成型された透明樹脂粒CRに、光触媒TOをコーティングしたものである。ここで、光触媒TOとしては、酸化チタンや、酸化チタンにルテニウムを添加したものを用いることができる。 This photocatalyst particle BZ is obtained by coating photocatalyst TO on a transparent resin particle CR molded into a spherical shape. Here, as photocatalyst TO, the thing which added ruthenium to titanium oxide and titanium oxide can be used.
図3は、制御装置10の構成例を示している。
FIG. 3 shows a configuration example of the
同図において、電流計9から出力される電流測定値Isおよび運転時間Hrは、基準値演算部10aに加えられている。基準値演算部10aは、例えば、図4に示すような曲線CV1,CV2,CV3に従って、電流測定値Isに対応した電圧の基準値V1,V2,V3を算出する。
In the figure, the current measurement value Is and the operation time Hr output from the
ここで、曲線CV1,CV2,CV3は、それぞれ運転時間Hrの経過に伴っていずれか1つが選択される。例えば、運転時間Hrが時間TAより小さい場合には、曲線CV1が選択され、運転時間Hrが時間TA以上TB未満の場合には、曲線CV2が選択され、運転時間Hrが時間TB以上の場合には、曲線CV3が選択される。 Here, any one of the curves CV1, CV2, and CV3 is selected as the operation time Hr elapses. For example, when the operation time Hr is less than the time TA, the curve CV1 is selected, and when the operation time Hr is more than the time TA and less than TB, the curve CV2 is selected and the operation time Hr is more than the time TB. The curve CV3 is selected.
したがって、曲線CV1が選択された場合には、基準値VDCとしては、値V1が選択され、曲線CV2が選択された場合には、基準値VDCとしては、値V2が選択され、曲線CV3が選択された場合には、基準値VDCとしては、値V3が選択される。 Therefore, when the curve CV1 is selected, the value V1 is selected as the reference value VDC, and when the curve CV2 is selected, the value V2 is selected as the reference value VDC and the curve CV3 is selected. If so, the value V3 is selected as the reference value VDC.
このようにして、基準値演算部10aで算出された基準値VDCは、差分演算部10bの基準値入力として加えられる。差分演算部10bの比較値入力には、電圧計8から出力される電圧測定値Vsが加えられており、差分演算部10bは、(Vs−VDC)なる差分演算を実行し、その演算結果を差分値DVとして判定演算部10cへ出力する。
In this way, the reference value VDC calculated by the reference
判定演算部10cは、差分値DVの絶対値が所定値以下の場合には、電池本体6の電池電圧が基準値以内であると判断して、制御信号SS1,SS2をオフ出力する。これにより、開閉弁4は閉動作するとともに、紫外線照射装置7はオフ動作(非点灯)する。一方、差分値DVの絶対値が所定値を超えている場合には、電池本体6の電池電圧が基準値から低下したと判断して、制御信号SS1,SS2をオン出力する。これにより、開閉弁4は開動作するとともに、紫外線照射装置7はオン動作(点灯)する。
When the absolute value of the difference value DV is equal to or smaller than the predetermined value, the
以上の構成で、この燃料電池システムを運転する際、起動時には、電池本体6の出力電圧が立ち上がるとともに、停止時には、電池本体6の出力電源が徐々に低下し、また、電源負荷が変動すると、それに伴って電池本体6の出力電圧も変動する。
With the above configuration, when operating this fuel cell system, the output voltage of the
このような状態で、制御装置10が、電池本体6の電圧測定値Vsの値が基準値より低下したと判断した場合には、制御信号SS1,SS2をオン出力し、それにより、開閉弁4が開動作するとともに、紫外線照射装置7がオン動作する。
In such a state, when the
これにより、光触媒反応器5の上流で水素ガスに空気が混合されるとともに、光触媒反応器5の光触媒粒BZは、次式に示すような光触媒反応を行う。
As a result, air is mixed with hydrogen gas upstream of the
CO+(1/2)O2+hν→ CO2 (光触媒反応) CO + (1/2) O 2 + hν → CO 2 (photocatalytic reaction)
ここで、hνは、紫外線のエネルギーである。 Here, hν is the energy of ultraviolet rays.
これにより、電池本体6に供給される改質ガスのCO濃度を低減することが可能となり、燃料電池システムの動作が不安定になっている状態で電池電圧が不安定とならないようにすることが可能となるため、燃料電池システムの負荷追従機能がより安定する。
As a result, the CO concentration of the reformed gas supplied to the
図5は、本発明の他の実施例にかかる燃料電池システムの一例を示している。なお、同図において図1と同一部分および相当する部分には、同一符号を付している。 FIG. 5 shows an example of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. 1 and corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
同図において、原燃料は、燃料改質器により水素濃度が高濃度のガス(水素リッチガス)に改質された後に、CO変成器2へ送られる。CO変成器2は、燃料改質器1から出力された水素リッチガスの水素濃度をシフト反応により更に高めるものであり、このCO変成器2から出た水素リッチガスは、空気と混合されて、CO選択酸化器3へ送られる。
In the figure, the raw fuel is reformed into a gas having a high hydrogen concentration (hydrogen rich gas) by the fuel reformer, and then sent to the
CO選択酸化器3は、空気と混合された水素リッチガスをCO選択酸化反応により電池本体10の触媒毒となるCOを更に低減するためのものであり、このCO選択酸化器3から出力される水素リッチガスは、光触媒反応器5へ送られ、この光触媒反応器5を通過した後に、電池本体6の水素極へ供給される。また、電池本体6から排出されるガスは、燃料改質器1のバーナ1aへ送られ、バーナ1aで燃焼処理されるとともに、燃料改質器1の改質反応の熱源となり熱回収される。バーナ1aから排出された燃焼排ガスは、光触媒反応器5を通った後に、大気放出される。
The CO
また、紫外線照射装置7は、光触媒反応器5に紫外線を照射するためのものであり、その電源は、電池本体6より供給されている。また、電圧計8は、電池本体6のスタック電圧を測定するものであり、電流計9は、電池本体6から出力される電力の負荷電流を測定するものである。電圧計8の電圧測定値Vs、および、電流計9の電流測定値Isは、制御装置10へ加えられている。
The
制御装置10は、電流測定値Isと運転時間に基づいて、電池本体6の出力電圧の基準値を算出し、その基準値と電圧測定値Vsとの比較に基づいて、負荷変動時や起動から負荷移行の過渡状態で、電池電圧が基準値から低下したことを検知して、制御信号SS1により紫外線照射装置7の動作を開始して、光触媒反応器6に紫外線を照射する。
The
したがって、電池本体6の出力電圧が低下し、制御装置10が、電池本体6の電圧測定値Vsの値が基準値より低下したと判断した場合には、制御信号SS1をオン出力し、それにより、紫外線照射装置7がオン動作する。
Therefore, when the output voltage of the battery
これにより、光触媒反応器5の光触媒粒BZは、上述したような光触媒反応を行い、それにより、排ガス中に含まれる未燃ガス成分であるCOやメタンが光分解処理される作用が得られる。その結果、過渡的なバーナ燃焼の不安定により発生するCOやメタン等の未燃分を処理して、安定した負荷追従機能を提供することのできる燃料電池システムを得る効果が得られる。
As a result, the photocatalyst particles BZ of the
図6は、本発明のさらに他の実施例にかかる燃料電池システムの一例を示している。なお、同図において、図1と同一部分および相当する部分には、同一符号を付している。 FIG. 6 shows an example of a fuel cell system according to still another embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. 1 and corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
同図において、原燃料は、燃料改質器により水素濃度が高濃度のガス(水素リッチガス)に改質された後に、CO変成器2へ送られる。CO変成器2は、燃料改質器1から出力された水素リッチガスの水素濃度をシフト反応により更に高めるものであり、このCO変成器2から出た水素リッチガスは、空気と混合されて、CO選択酸化器3へ送られる。
In the figure, the raw fuel is reformed into a gas having a high hydrogen concentration (hydrogen rich gas) by the fuel reformer, and then sent to the
CO選択酸化器3は、空気と混合された水素リッチガスをCO選択酸化反応により電池本体10の触媒毒となるCOを更に低減するためのものであり、このCO選択酸化器3から出た水素リッチガスは、開閉弁4を介して供給される空気と混合されて、光触媒反応器5へ送られ、この光触媒反応器5を通過した後に、電池本体6の水素極へ供給される。また、電池本体6から排出されるガスは、燃料改質器1のバーナ1aへ送られ、バーナ1aで燃焼処理されるとともに、燃料改質器1の改質反応の熱源となり熱回収される。バーナ1aから排出された燃焼排ガスは、光触媒反応器5’を通った後に、大気放出される。
The CO
また、紫外線照射装置7,7’は、光触媒反応器5,5’に紫外線を照射するためのものであり、その電源は、電池本体6より供給されている。また、電圧計8は、電池本体6のスタック電圧を測定するものであり、電流計9は、電池本体6から出力される電力の負荷電流を測定するものである。電圧計8の電圧測定値Vs、および、電流計9の電流測定値Isは、制御装置10へ加えられている。
The
制御装置10は、電流測定値Isと運転時間に基づいて、電池本体6の出力電圧の基準値を算出し、その基準値と電圧測定値Vsとの比較に基づいて、負荷変動時や起動から負荷移行の過渡状態で、電池電圧が基準値から低下したことを検知して、制御信号SS1により紫外線照射装置7,7’の動作を開始して、光触媒反応器5,5’に紫外線を照射するとともに、制御信号SS2により開閉弁4を開動作させて、CO酸化に必要な空気を光触媒反応器5に供給する。
The
以上の構成で、制御装置10が、電池本体6の電圧測定値Vsの値が基準値より低下したと判断した場合には、制御信号SS1,SS2をオン出力し、それにより、開閉弁4が開動作するとともに、紫外線照射装置7,7’がオン動作する。
With the above configuration, when the
これにより、光触媒反応器5の上流で水素ガスに空気が混合されるとともに、光触媒反応器5,5’の光触媒粒BZは、上述したような光触媒反応を行う。
As a result, air is mixed with hydrogen gas upstream of the
それにより、電池本体6に供給される改質ガスのCO濃度を低減することが可能となり、燃料電池システムの動作が不安定になっている状態で電池電圧が不安定とならないようにすることが可能となるため、燃料電池システムの負荷追従機能がより安定するとともに、排ガス中に含まれる未燃ガス成分であるCOやメタンが光分解処理される作用が得られる。その結果、過渡的なバーナ燃焼の不安定により発生するCOやメタン等の未燃分を処理して、安定した負荷追従機能を提供することのできる燃料電池システムを得る効果が得られる。
As a result, the CO concentration of the reformed gas supplied to the
図7は、光触媒反応器5の他の例を示している。なお、同図において、図2と同一部分および相当する部分には、同一符号を付している。
FIG. 7 shows another example of the
同図において、壁部材5a’は、紫外線を遮光可能な材質(例えば、鋼材等)からなり、壁部材5a’の内壁面には、光触媒5fがコーティングされている。また、壁部材5a’の内部には、光触媒粒BZが多数充填されている。壁部材5aの上下は、それぞれシール部材5b、5cを介して、蓋部材5d,5eにより封止されており、蓋部材5dの中央部に形成された孔から処理対象となるガスが流入し、蓋部材5eの中央部に形成された孔から処理後のガスが流出する。
In the drawing, the wall member 5a 'is made of a material (for example, steel material) capable of blocking ultraviolet rays, and the inner wall surface of the wall member 5a' is coated with a
また、紫外線照射装置7から出力される紫外線を光触媒反応器5”の容器内部へ導くための光ファイバ束FBが設けられている。
Further, an optical fiber bundle FB for guiding the ultraviolet light output from the
したがって、紫外線照射装置7から出力される紫外線は、光ファイバ束FBを通って光触媒反応器5”の容器内部へ導かれ、光触媒粒BZに照射されるとともに、壁部材5a’の内壁面にコーティングされている光触媒5fに照射される。
Therefore, the ultraviolet rays output from the
これにより、光触媒粒BZの表面の光触媒OTおよび光触媒5fによる光触媒反応が得られる。
Thereby, the photocatalytic reaction by the photocatalyst OT and the
図8(a)は、制御装置10の他の例を示している。
FIG. 8A shows another example of the
同図において、電流計9から出力される電流測定値Isは、微分演算部10eに加えられる。微分演算部10eは、電流測定値Isの変動値Idを算出するものであり、微分演算部10eから出力される変動値Idは、判定演算部10fへ加えられる。
In the figure, the current measurement value Is output from the
判定演算部10fは、入力される変動値Idの絶対値が所定範囲の場合には、制御信号SS1,SS2をオフ出力するとともに、入力される変動値Idの絶対値が所定範囲を超えていた場合には、制御信号SS1,SS2をオン出力する。 When the absolute value of the input fluctuation value Id is within the predetermined range, the determination calculation unit 10f outputs the control signals SS1 and SS2 off and the absolute value of the input fluctuation value Id exceeds the predetermined range. In this case, the control signals SS1 and SS2 are turned on.
これにより、電池本体6の負荷変動が大きく、負荷電流の変動が大きい場合には、制御装置10’から出力される制御信号SS1,SS2がオン出力される。
Thereby, when the load fluctuation of the
同図(b)は、制御装置10のさらに他の例を示している。
FIG. 2B shows still another example of the
同図において、燃料電池システムの各種シーケンスデータは、シーケンス判別部10hに加えられている。シーケンス判別部10hは、入力される各種シーケンスデータのうち、起動動作期間に対応したシーケンス状態をあらわすもの、および、停止動作期間に対応したシーケンス状態をあらわすものが加えられている場合には、制御信号SS1,SS2をオン出力するとともに、それ以外の場合には、制御信号SS1,SS2をオフ出力する。
In the figure, various sequence data of the fuel cell system is added to the
これにより、燃料電池システムの起動停止時のように、電池本体6の動作が不安定になっている場合には、制御装置10’から出力される制御信号SS1,SS2がオン出力される。
Thus, when the operation of the
なお、以上説明した実施例では、水蒸気改質方式による燃料処理系を備えた燃料電池システムに本発明を適用した場合についてを説明しているが、その他の方式であるオートサーマル改質方式または部分酸化改質方式による、燃料改質器と電池排燃料バーナの組合せを適用する燃料電池システムについても、本発明を同様にして適用することができる。 In the embodiment described above, the case where the present invention is applied to a fuel cell system provided with a fuel processing system using a steam reforming system has been described. However, an autothermal reforming system or a part which is another system. The present invention can be similarly applied to a fuel cell system to which a combination of a fuel reformer and a battery exhaust fuel burner by an oxidation reforming method is applied.
1 燃料改質器
1a バーナ
4 開閉弁
5,5’,5” 光触媒反応器
6 電池本体
7,7’ 紫外線照射装置
8 電圧計
9 電流計
10,10’,10” 制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記電池本体の上流に、上記改質ガスを処理する光触媒反応器と、
上記光触媒反応器へ紫外線を照射する紫外線照射装置を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system for supplying a reformed gas obtained by reforming raw fuel with a fuel reformer to a battery body,
Upstream of the battery body, a photocatalytic reactor for treating the reformed gas;
A fuel cell system comprising an ultraviolet irradiation device for irradiating the photocatalytic reactor with ultraviolet rays.
上記バーナで燃焼処理された後の排ガスを処理する光触媒反応器と、
上記光触媒反応器へ紫外線を照射する紫外線照射装置を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system in which reformed gas obtained by reforming raw fuel with a fuel reformer is supplied to a battery body, and exhaust fuel discharged from the battery body is combusted by a burner of the fuel reformer ,
A photocatalytic reactor for treating exhaust gas after being burned in the burner;
A fuel cell system comprising an ultraviolet irradiation device for irradiating the photocatalytic reactor with ultraviolet rays.
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