JP2007323849A - Fuel cell power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、燃料電池へ燃料を供給する燃料改質器を有する燃料電池発電システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell power generation system having a fuel reformer that supplies fuel to a fuel cell.
通常、燃料改質器の運転時には、化学反応が燃料改質器内で行われるので、燃料改質器の温度は高温になっている。高温の状態で燃料改質器の運転が停止されると、燃料改質器内の圧力の低下により、例えば外気等が燃料改質器内に導入される。高温の燃料改質器内に外気が導入されると、燃料改質器内の触媒と外気中の酸素とが反応して触媒の劣化が促進されてしまう。 Normally, when the fuel reformer is in operation, the chemical reaction takes place in the fuel reformer, so the temperature of the fuel reformer is high. When the operation of the fuel reformer is stopped in a high temperature state, for example, outside air or the like is introduced into the fuel reformer due to a decrease in pressure in the fuel reformer. When outside air is introduced into the high-temperature fuel reformer, the catalyst in the fuel reformer reacts with oxygen in the outside air to promote deterioration of the catalyst.
従来、燃料改質器内の触媒の劣化の促進を防止するために、燃料改質器の運転を停止したときに水蒸気を燃料改質器内へ供給する固体高分子型燃料電池の停止方法が提案されている。この従来の固体高分子型燃料電池の停止方法では、燃料改質器内への水蒸気の供給後、燃料改質器の温度が所定の温度以下になったときに、空気が燃料改質器内へ供給される。これにより、燃料改質器の温度が高温であるときには、燃料改質器内への空気の導入が水蒸気により防止され、触媒の酸化が防止される(特許文献1参照)。 Conventionally, in order to prevent the deterioration of the catalyst in the fuel reformer, there is a method for stopping a polymer electrolyte fuel cell that supplies water vapor into the fuel reformer when the operation of the fuel reformer is stopped. Proposed. In this conventional method for stopping a polymer electrolyte fuel cell, after the supply of water vapor into the fuel reformer, when the temperature of the fuel reformer falls below a predetermined temperature, air is introduced into the fuel reformer. Supplied to. Thereby, when the temperature of the fuel reformer is high, the introduction of air into the fuel reformer is prevented by the water vapor, and the oxidation of the catalyst is prevented (see Patent Document 1).
しかし、特許文献1に示された固体高分子型燃料電池の停止方法では、燃料改質器の運転停止後も水蒸気の供給を継続しなければならない。また、燃料改質器内へ供給する気体を水蒸気から空気へ切り替えるための制御も必要になる。従って、燃料改質器の運転を停止するために手間がかかってしまう。 However, in the method for stopping a polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 1, the supply of water vapor must be continued even after the operation of the fuel reformer is stopped. Further, control for switching the gas supplied into the fuel reformer from water vapor to air is also necessary. Therefore, it takes time to stop the operation of the fuel reformer.
また、燃料改質器の運転が停電等によって停止してしまった場合には、水蒸気の供給の継続や水蒸気から空気への切り替えの制御を行うことができず、燃料改質器内の触媒の劣化が促進され、燃料改質器の性能が低下してしまう。 In addition, when the operation of the fuel reformer is stopped due to a power failure or the like, it is impossible to control the continuation of steam supply or switching from steam to air, and the catalyst in the fuel reformer cannot be controlled. Deterioration is accelerated and the performance of the fuel reformer is reduced.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、燃料改質器の運転を容易に停止することができるとともに、燃料改質器の性能の低下の抑制をより確実に図ることができる燃料電池発電システムを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can easily stop the operation of the fuel reformer and more reliably suppress the deterioration of the performance of the fuel reformer. An object of the present invention is to obtain a fuel cell power generation system that can be realized.
この発明に係る燃料電池発電システムは、燃料及び酸化剤の供給を受けることにより発電する燃料電池、原料を燃料に化学反応により変換する燃料改質器、燃料改質器に接続された水吸引管を有し、水吸引管を水で封じた自動給水装置、及び燃料改質器の運転を停止したときに、燃料改質器内への外気の進入を防止するための遮断弁を備え、燃料改質器の運転を停止したときには、燃料改質器内の圧力の低下により、自動給水装置からの水が水吸引管内を通って燃料改質器内へ吸引され、燃料改質器内へ吸引された水が燃料改質器内で水蒸気となるように構成されている。 A fuel cell power generation system according to the present invention includes a fuel cell that generates power by receiving supply of fuel and an oxidant, a fuel reformer that converts a raw material into fuel by a chemical reaction, and a water suction pipe connected to the fuel reformer And an automatic water supply device in which the water suction pipe is sealed with water, and a shutoff valve for preventing the entry of outside air into the fuel reformer when the operation of the fuel reformer is stopped. When the operation of the reformer is stopped, due to a decrease in the pressure in the fuel reformer, water from the automatic water supply device is sucked into the fuel reformer through the water suction pipe and sucked into the fuel reformer. The water thus formed becomes steam in the fuel reformer.
この発明に係る燃料電池発電システムでは、燃料改質器に接続された水吸引管を水で封じるとともに、燃料改質器の運転が停止されたときに燃料改質器内への外気の進入を遮断弁により防止するようにしたので、燃料改質器の運転が停止されたときに、燃料改質器内の圧力の低下により、燃料改質器内へ水を吸引させることができる。これにより、燃料改質器内に水蒸気を自動的に発生させることができ、燃料改質器の運転を容易に停止することができる。また、燃料改質器内への水蒸気の供給が制御装置の故障等の原因で停止されることがなくなるので、燃料改質器内に水蒸気をより確実に発生させることができる。従って、燃料改質器内の触媒の劣化の促進を抑制することができ、燃料改質器の性能の低下の抑制をより確実に図ることができる。 In the fuel cell power generation system according to the present invention, the water suction pipe connected to the fuel reformer is sealed with water, and outside air enters the fuel reformer when the operation of the fuel reformer is stopped. Since it is prevented by the shut-off valve, when the operation of the fuel reformer is stopped, water can be sucked into the fuel reformer due to a decrease in the pressure in the fuel reformer. Thereby, water vapor can be automatically generated in the fuel reformer, and the operation of the fuel reformer can be easily stopped. In addition, since the supply of water vapor into the fuel reformer is not stopped due to a failure of the control device or the like, it is possible to more reliably generate water vapor in the fuel reformer. Accordingly, it is possible to suppress the deterioration of the catalyst in the fuel reformer and to suppress the decrease in the performance of the fuel reformer more reliably.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による燃料電池発電システムを示す構成図である。図において、燃料電池1は、積層された複数の単電池2を有している。各単電池2は、アノード3と、カソード4と、アノード3及びカソード4間に挟まれた固体高分子電解質膜5とを有している。燃料電池1は、燃料ガス(水素を主体とする燃料)及び空気(酸化剤)のそれぞれの供給を受けることにより発電する。即ち、燃料電池1は、アノード3への燃料ガスの供給と、カソード4への空気の供給とを受けることにより発電する。燃料電池1への空気の供給は、空気供給系6により行われる。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a fuel cell power generation system according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, a fuel cell 1 has a plurality of
燃料電池1には、燃料ガスを生成するための燃料改質器7が燃料供給管8を介して接続されている。燃料電池1内と燃料改質器7内との間は、燃料供給管8により互いに連通される。燃料電池1への燃料ガスの供給は、燃料改質器7から燃料供給管8を介して行われる。
A fuel reformer 7 for generating fuel gas is connected to the fuel cell 1 via a
燃料改質器7には、都市ガス及び水のそれぞれが原料として供給される。燃料改質器7への都市ガスの供給は都市ガス供給系9により行われ、燃料改質器7への水の供給は水供給系10により行われる。燃料改質器7は、都市ガス供給系9及び水供給系10のそれぞれから受けた原料を燃料ガスに変換する。燃料改質器7内では、原料が燃料ガスに変換されるときに、複数の化学反応が行われる。各化学反応の温度条件は、互いに異なっている。
Each of the city gas and water is supplied to the fuel reformer 7 as a raw material. The city gas is supplied to the fuel reformer 7 by the city
燃料改質器7には、原料が燃料ガスに変換されるときの各化学反応をそれぞれ行うための複数種の触媒11が充填されている。また、燃料改質器7には、各触媒11のそれぞれの温度を調整可能なバーナ12が設けられている。バーナ12には、燃焼のための可燃性ガス(燃焼用ガス)が供給される。バーナ12へ供給される可燃性ガスとしては、例えばアノード3から排出されるアノード排ガスが用いられる。アノード排ガスには、アノード3での電池反応で消費しきらなかった残留水素が含まれているからである。なお、可燃性成分を補うために、アノード排ガスに都市ガスを追加してもよい。
The fuel reformer 7 is filled with a plurality of types of
燃料改質器7の運転時における各触媒11の温度は、バーナ12による可燃性ガスの燃焼の調整により、各化学反応の温度条件に応じた温度に調整される。即ち、燃料改質器7は、各触媒11のそれぞれの温度が各化学反応の温度条件に応じた温度になるように構成されている。この例では、以下のような化学反応が燃料改質器7内で行われる。
The temperature of each
即ち、燃料改質器7内では、都市ガス供給系9からの都市ガスの主成分であるメタンと、水供給系10からの水を気化した水蒸気とを燃料ガス及び一酸化炭素に変換するための水蒸気改質反応が行われる。水蒸気改質反応は、式(1)により表される。
That is, in the fuel reformer 7, in order to convert methane, which is a main component of city gas from the city
CH4+H2O→3H2+CO…(1) CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO (1)
水蒸気改質反応には、例えばニッケルやルテニウム等を活性金属とした触媒が用いられる。活性金属としてのニッケルやアルミニウム等は、アルミナ等のセラミック担体に分散担持される。また、水蒸気改質反応の温度は、例えば最高700℃に設定される。 For the steam reforming reaction, for example, a catalyst using nickel, ruthenium or the like as an active metal is used. Nickel, aluminum or the like as the active metal is dispersed and supported on a ceramic carrier such as alumina. Further, the temperature of the steam reforming reaction is set to a maximum of 700 ° C., for example.
燃料電池1は、燃料ガス中の一酸化炭素に対する被毒傾向が強いので、例えば燃料ガス中の一酸化炭素の濃度を10ppm以下にまで低減する必要がある。従って、燃料改質器7内では、水蒸気改質反応により生成された一酸化炭素を低減するためのシフト反応も行われる。シフト反応は、式(2)により表される。 Since the fuel cell 1 has a strong poisoning tendency with respect to carbon monoxide in the fuel gas, for example, it is necessary to reduce the concentration of carbon monoxide in the fuel gas to 10 ppm or less. Therefore, in the fuel reformer 7, a shift reaction for reducing the carbon monoxide generated by the steam reforming reaction is also performed. The shift reaction is represented by formula (2).
CO+H2O→H2+CO2…(2) CO + H 2 O → H 2 + CO 2 (2)
シフト反応には、例えば銅等を活性金属とした触媒が用いられる。活性金属としての銅は、酸化亜鉛やアルミナ等の担体に分散担持される。また、シフト反応の温度は、例えば200℃等に設定される。 For the shift reaction, for example, a catalyst using copper or the like as an active metal is used. Copper as an active metal is dispersed and supported on a carrier such as zinc oxide or alumina. Further, the temperature of the shift reaction is set to 200 ° C., for example.
また、シフト反応では、例えば0.5vol%(dryガス基準)の一酸化炭素までしか低減することができず、燃料ガス中の一酸化炭素の濃度を目標の10ppm以下に低減することができない。従って、燃料改質器7内では、燃料ガス中の一酸化炭素の濃度をさらに低減するためのCO酸化反応も行われる。これにより、燃料ガス中の一酸化炭素の濃度が10ppm以下にされる。CO酸化反応は、一酸化炭素を選択的に燃焼させる反応であり、式(3)により表される。 In the shift reaction, for example, the carbon monoxide can be reduced only to 0.5 vol% (dry gas standard), and the concentration of carbon monoxide in the fuel gas cannot be reduced to a target of 10 ppm or less. Therefore, in the fuel reformer 7, a CO oxidation reaction for further reducing the concentration of carbon monoxide in the fuel gas is also performed. Thereby, the concentration of carbon monoxide in the fuel gas is set to 10 ppm or less. The CO oxidation reaction is a reaction for selectively burning carbon monoxide, and is represented by the formula (3).
CO+(1/2)O2→CO2…(3) CO + (1/2) O 2 → CO 2 (3)
CO酸化反応には、例えば白金やルテニウム等を活性金属とした触媒が用いられる。活性金属としての白金やルテニウム等は、アルミナ等の担体に分散担持される。また、CO酸化反応の温度は、例えば150℃に設定される。 For the CO oxidation reaction, for example, a catalyst using platinum, ruthenium or the like as an active metal is used. Platinum, ruthenium, and the like as active metals are dispersed and supported on a carrier such as alumina. The temperature of the CO oxidation reaction is set to 150 ° C., for example.
燃料改質器7の運転が停止されるときには、都市ガス供給系9及び水供給系10のそれぞれからの原料の供給やバーナ12の燃焼等が停止される。燃料改質器7の運転が停止されると、燃料改質器7の温度が放熱等により低下し、燃料改質器7内の気体の体積は収縮する。燃料改質器7内が密閉されていない場合には、外気が燃料改質器7内に進入することとなる。
When the operation of the fuel reformer 7 is stopped, the supply of raw materials from the city
従って、燃料供給管8には、燃料改質器7の運転が停止されたときに燃料改質器7内への外気の進入を防止するための燃料管遮断弁13が設けられている。燃料管遮断弁13は、燃料電池1内と燃料改質器7内との間の連通を開閉可能になっている。燃料電池1内と燃料改質器7内との間の連通は、燃料改質器7の運転が行われているときに燃料管遮断弁13の動作により開き、燃料改質器7の運転が停止されているときに燃料管遮断弁13の動作により閉じる。
Therefore, the
この例では、燃料管遮断弁13は電磁弁とされている。燃料電池1内と燃料改質器7内との間の連通は、燃料管遮断弁13への給電により開き、燃料管遮断弁13への給電が停止されたときに閉じる。なお、燃料改質器7への原料の供給が停止されているときには、都市ガス供給系9及び水供給系10のそれぞれから燃料改質器7内への外気の進入も防止されるようになっている。
In this example, the fuel
従って、燃料改質器7の運転が停止されると、燃料改質器7内の気体の体積が収縮されることにより、燃料改質器7内の圧力が大気圧以下の負圧に低下することとなる。 Therefore, when the operation of the fuel reformer 7 is stopped, the volume of the gas in the fuel reformer 7 is contracted, so that the pressure in the fuel reformer 7 is reduced to a negative pressure below atmospheric pressure. It will be.
燃料改質器7には、燃料改質器7内に水蒸気を発生させるための水を燃料改質器7の運転停止時に燃料改質器7内へ供給する自動給水装置14が接続されている。自動給水装置14は、所定量の水を燃料改質器7内へ供給した後、外気を燃料改質器7内へ供給する。自動給水装置14から燃料改質器7内への水及び外気の供給は、燃料改質器7内の圧力の低下による燃料改質器7内への吸引により行われる。
Connected to the fuel reformer 7 is an automatic
高温の燃料改質器7内に水が吸引されると、燃料改質器7内で水蒸気が発生する。これにより、燃料改質器7内の圧力が保持され、燃料改質器7内への外気の進入が防止される。燃料改質器7内へ吸引される水の量(所定量)は、燃料改質器7内の温度が触媒11の酸化反応等を抑制可能な所定の温度(例えば200℃)以下になるまで燃料改質器7内の圧力を保持する水蒸気の量に基づいて設定されている。即ち、燃料改質器7内の温度が所定の温度以下になるまで燃料改質器7内の水蒸気による圧力の保持が継続されるように、燃料改質器7内に吸引される水の量が決められている。
When water is sucked into the high temperature fuel reformer 7, steam is generated in the fuel reformer 7. Thereby, the pressure in the fuel reformer 7 is maintained, and the entry of outside air into the fuel reformer 7 is prevented. The amount of water sucked into the fuel reformer 7 (predetermined amount) is until the temperature in the fuel reformer 7 is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 200 ° C.) at which the oxidation reaction of the
自動給水装置14は、燃料改質器7内へ吸引させるための水を溜める水タンク15と、水タンク15内の水を燃料改質器7内へ導く水吸引管16とを有している。
The automatic
水吸引管16の一端部は燃料改質器7に接続され、水吸引管16の他端部(先端部)は水タンク15内の水中に挿入されている。これにより、水吸引管16の先端部の内部は、水タンク15内の水で充満されている。即ち、水吸引管16は、水タンク15内の水で封じられている。
One end of the
燃料改質器7の運転が停止されたときには、燃料改質器7内の圧力の低下により、所定量の水が水タンク15内から水吸引管16内を通って燃料改質器7内へ吸引される。水タンク15内に溜められている水の量は、燃料改質器7内へ吸引される水の量が所定量になるように調整されている。水タンク15内の水の量の調整は、例えば水位センサによる水位の検出により行われる。
When the operation of the fuel reformer 7 is stopped, a predetermined amount of water passes from the
また、水タンク15の上部には、外気に開放された開放管17が設けられている。即ち、水タンク15は、外気(空気)に開放されている。これにより、所定量の水が燃料改質器7内に吸引され、燃料改質器7内の温度が所定の温度以下になった後には、燃料改質器7内の圧力がさらに低下することにより、外気が水タンク15内から水吸引管16内を通って燃料改質器7内へ吸引される。
In addition, an
水吸引管16には、燃料改質器7内の運転が行われているときに水タンク15から燃料改質器7内への水の進入を防止するための吸引管遮断弁18が設けられている。吸引管遮断弁18は、燃料改質器7の運転が行われているときに水吸引管16内の連通を閉じ、燃料改質器7の運転が停止されているときに水吸引管16内の連通を開く。この例では、吸引管遮断弁18は電磁弁とされている。水吸引管16内の連通は、吸引管遮断弁18への給電により閉じ、吸引管遮断弁18への給電の停止により開く。
The
次に、動作について説明する。燃料電池発電システムの運転が行われているときには、燃料管遮断弁13及び吸引管遮断弁18のそれぞれへの給電が継続されている。これにより、燃料供給管8内の連通が燃料管遮断弁13により開き、水吸引管16内の連通が吸引管遮断弁18により閉じている。都市ガス供給系9及び水供給系10のそれぞれから燃料改質器7内へ原料が供給されると、燃料改質器7内では複数の化学反応が行われ、原料が燃料ガスに変換される。この後、生成された燃料ガスが燃料改質器7から燃料電池1のアノード3へ送られる。
Next, the operation will be described. When the fuel cell power generation system is in operation, power supply to each of the fuel
一方、空気供給系6からは、空気が燃料電池1のカソード4へ送られる。このとき、空気供給系6からの空気は、加湿器等により加湿される。 On the other hand, air is sent from the air supply system 6 to the cathode 4 of the fuel cell 1. At this time, the air from the air supply system 6 is humidified by a humidifier or the like.
燃料電池1が燃料及び空気のそれぞれの供給を受けると、燃料電池1内では、発電が行われる。この後、アノード3から排出されたアノード排ガスは、燃焼用ガスとしてバーナ12へ送られる。バーナ12へ送られたアノード排ガスは、燃料改質器7内の温度の調整のために燃焼され、大気中へ排出される。
When the fuel cell 1 is supplied with fuel and air, power generation is performed in the fuel cell 1. Thereafter, the anode exhaust gas discharged from the anode 3 is sent to the
燃料電池発電システムの運転が停止されるときには、都市ガス供給系9及び水供給系10のそれぞれから燃料改質器7への原料の供給、空気供給系6から燃料電池1への空気の供給、及びバーナ12の燃焼がそれぞれ停止される。また、このとき、燃料管遮断弁13及び吸引管遮断弁18のそれぞれへの給電も停止される。これにより、燃料供給管8内の連通が燃料管遮断弁13により閉じ、水吸引管16内の連通が吸引管遮断弁18により開く。
When the operation of the fuel cell power generation system is stopped, supply of raw materials from the city
この後、燃料改質器7内の温度が低下し、燃料改質器7内の圧力が低下すると、水吸引管16内に充満されている水が燃料改質器7内へ吸引される。これにより、水タンク15内に溜められた水は、水吸引管16内を通って燃料改質器7内へ自動的に供給される。このとき、水タンク15内に溜められた水の水位は、燃料改質器7内への水の供給に伴って連続的に下がる。
Thereafter, when the temperature in the fuel reformer 7 decreases and the pressure in the fuel reformer 7 decreases, the water filled in the
この後、燃料改質器7内では、供給された水が気化されて水蒸気が発生する。これにより、燃料改質器7内の圧力が保持され、燃料改質器7内への外気の進入が防止される。また、燃料改質器7内の温度も連続的に下がることとなる。 Thereafter, in the fuel reformer 7, the supplied water is vaporized to generate water vapor. Thereby, the pressure in the fuel reformer 7 is maintained, and the entry of outside air into the fuel reformer 7 is prevented. In addition, the temperature in the fuel reformer 7 also decreases continuously.
この後、燃料改質器7内へ供給された水の量が所定量になると、水タンク15内に溜められた水の水位は、水吸引管16の先端部の開口の高さを下回る。これにより、燃料改質器7内への水の供給が停止され、開放管17を介して水タンク15内に取り込まれた外気(空気)が水吸引管16を通って燃料改質器7内へ引き続き吸引されることとなる。
Thereafter, when the amount of water supplied into the fuel reformer 7 reaches a predetermined amount, the water level stored in the
このとき、燃料改質器7内への所定量の水の供給により、燃料改質器7内の温度が所定の温度以下になっているので、外気が燃料改質器7内に供給されても、触媒の酸化が抑制され、触媒の劣化の促進が抑制される。このようにして、燃料改質器7の運転が停止され、燃料電池発電システムの運転が停止される。 At this time, the supply of a predetermined amount of water into the fuel reformer 7 causes the temperature in the fuel reformer 7 to be equal to or lower than the predetermined temperature, so that outside air is supplied into the fuel reformer 7. However, the oxidation of the catalyst is suppressed, and the promotion of the deterioration of the catalyst is suppressed. In this way, the operation of the fuel reformer 7 is stopped, and the operation of the fuel cell power generation system is stopped.
また、燃料電池発電システムの運転を再起動するときには、燃料改質器7内をバーナ12の燃焼により加熱し、燃料改質器7の運転に適した温度にまで燃料改質器7内の温度を上昇させる。このとき、燃料改質器7内の温度が所定の温度になると、燃料改質器7内に残存している空気により触媒の劣化が促進されてしまうので、所定の温度になるまでに、燃料改質器7内へ水蒸気を供給して、燃料改質器7内の空気を水蒸気に置換する。
Further, when restarting the operation of the fuel cell power generation system, the inside of the fuel reformer 7 is heated by the combustion of the
このような燃料電池発電システムでは、燃料改質器7に接続された水吸引管16を水で封じるとともに、燃料改質器7の運転が停止されたときに燃料改質器7内への外気の進入を燃料管遮断弁13により防止するようにしたので、燃料改質器7の運転が停止されたときに、燃料改質器7内の圧力の低下により、燃料改質器7内へ水を吸引させることができる。即ち、燃料改質器7の運転を停止した後に、水蒸気を発生させるための水を燃料改質器7内へ自動的に供給することができる。従って、燃料改質器7の運転停止時に燃料改質器7内への水蒸気の供給を継続する従来の制御を行う必要がなくなり、燃料改質器7の運転を容易に停止することができる。また、燃料改質器7内への水蒸気の供給が制御装置の故障等の原因で停止されることがなくなるので、燃料改質器7内に水蒸気をより確実に発生させることができる。従って、燃料改質器7内の触媒の劣化の促進を抑制することができ、燃料改質器の性能の低下の抑制をより確実に図ることができる。
In such a fuel cell power generation system, the
また、燃料改質器7内へ吸引される水の量は、あらかじめ設定された所定量とされているので、例えば大量の水が燃料改質器7内へ供給されることによる燃料改質器7の機能低下の防止を図ることができる。 Further, since the amount of water sucked into the fuel reformer 7 is a predetermined amount set in advance, for example, the fuel reformer by supplying a large amount of water into the fuel reformer 7 7 can be prevented from lowering the function.
また、水吸引管16の先端部が水タンク15内の水中に挿入されることにより、水吸引管16が水で封じられているので、水タンク15内の水の量を調整することにより、燃料改質器7内へ吸引される水の量を調整することができる。従って、燃料改質器7内へ吸引される水の量を容易に調整することができる。
Moreover, since the
また、燃料改質器7内へ吸引される水の所定量は、燃料改質器7内の温度が所定の温度以下になるまで燃料改質器7内の圧力を保持する水蒸気の量に基づいて設定されているので、燃料改質器7内への水の供給が完了したときに燃料改質器7内の温度を所定の温度以下にすることができる。これにより、水の供給後に外気が燃料改質器7に進入した場合であっても、触媒11の酸化反応が抑制され、触媒11の劣化の促進を抑制することができる。
Further, the predetermined amount of water sucked into the fuel reformer 7 is based on the amount of water vapor that maintains the pressure in the fuel reformer 7 until the temperature in the fuel reformer 7 becomes equal to or lower than the predetermined temperature. Therefore, when the supply of water into the fuel reformer 7 is completed, the temperature in the fuel reformer 7 can be set to a predetermined temperature or lower. Thereby, even when outside air enters the fuel reformer 7 after supplying water, the oxidation reaction of the
また、水タンク15が外気に開放されており、所定量の水が燃料改質器7内へ吸引された後に、外気が燃料改質器7内へ吸引されるので、燃料改質器7の運転を正常に停止させるための制御を自動的に行うことができ、触媒11の劣化の促進をより確実に抑制することができる。
In addition, since the
なお、上記の例では、都市ガス供給系9及び水供給系10のそれぞれの構造が、燃料改質器7内への原料の供給を停止したときに燃料改質器7内への外気の進入を防止する構造とされているが、都市ガス供給系9及び水供給系10の少なくともいずれかから燃料改質器7内へ外気が進入する可能性がある場合には、都市ガス供給系9及び水供給系10のそれぞれと燃料改質器7との間に、燃料改質器7内への外気の進入を防止するための遮断弁を設けてもよい。この場合、燃料改質器7の運転が行われているときには、遮断弁が開いて原料が燃料改質器7内へ供給可能になり、燃料改質器7の運転が停止されているときには、燃料改質器7内への原料の供給が遮断弁により遮断される
In the above example, when each of the city
また、上記の例では、燃料改質器7内への外気の進入を防止するために、燃料管遮断弁13が燃料供給管8に設けられているが、燃料改質器7内への外気の進入を防止することができるのであれば、遮断弁を設ける位置は燃料供給管8に限定されない。例えば、アノード3から排出されるアノード排出ガスを導くアノード側排出管に遮断弁を設けてもよい。
In the above example, the fuel
また、上記の例では、燃料改質器7内へ吸引させるための水を水タンク15に溜めているが、水吸引管16内に所定量の水を溜めておくことができるのであれば、水タンク15はなくてもよい。
Further, in the above example, water to be sucked into the fuel reformer 7 is stored in the
実施の形態2.
図2は、この発明の実施の形態2による燃料電池発電システムを示す構成図である。図において、水タンク15には、所定量の水が燃料改質器7内へ吸引された後に燃料改質器7内へ吸引させるための補填ガスが供給されるようになっている。この例では、都市ガスが補填ガスとして用いられている。
FIG. 2 is a block diagram showing a fuel cell power generation system according to
ここで、都市ガスが補填ガスとして燃料改質器7内に供給されるときに、燃料改質器7内の触媒11の温度が高温であると、都市ガスに含まれる高次炭化水素成分(エタンやプロパン等)の熱分解によりカーボンが生成し、燃料改質器7内を閉塞してしまう可能性がある。従って、カーボンの生成を抑制可能な所定の温度(例えば、300℃)以下にまで燃料改質器7内の温度が下がった後に、燃料改質器7内へ都市ガスを供給する必要がある。
Here, when the city gas is supplied into the fuel reformer 7 as a supplementary gas, if the temperature of the
このことから、水タンク15内に溜められた水の量(所定量)は、カーボンの生成を抑制可能な所定の温度以下に燃料改質器7内の温度が下がるまで燃料改質器7内の圧力を保持する水蒸気の量に基づいて設定されている。これにより、燃料改質器7内への補填ガスの供給は、燃料改質器7内の温度が所定の温度以下になるまで停止されることとなる。
From this, the amount (predetermined amount) of water stored in the
補填ガスは、水タンク15に連通するガス貯蔵装置21に貯蔵されている。ガス貯蔵装置21は、ガス供給管22を介して水タンク15内に連通している。ガス供給管22は、水タンク15の上部に接続されている。水タンク15、ガス供給管22及びガス貯蔵装置21は、密閉されており、外気の進入が防止される。
The supplementary gas is stored in a
ガス貯蔵装置21は、補填ガスを収容する変形自在な柔軟性容器である。柔軟性容器は、例えばアルミ箔及び高分子フィルムによる多層構造とされたラミネートフィルム等により構成されている。他の構成は実施の形態1と同様である。
The
次に、動作について説明する。燃料電池発電システムの運転が行われているときの動作は、実施の形態1と同様である。 Next, the operation will be described. The operation when the fuel cell power generation system is operating is the same as that of the first embodiment.
燃料電池発電システムの運転が停止されるときには、実施の形態1と同様の動作により、水タンク15内から燃料改質器7内へ水吸引管16を通って所定量の水が吸引される。これにより、燃料改質器7内の温度が所定の温度(例えば、300℃)以下にまで下がることとなる。
When the operation of the fuel cell power generation system is stopped, a predetermined amount of water is sucked from the
この後、水タンク15内に溜められた水の水位が水吸引管16の先端部の開口の高さを下回ると、燃料改質器7内への水の供給が停止され、ガス貯蔵装置21から水タンク15内へ供給された補填ガス(都市ガス)が水吸引管16を通って燃料改質器7内へ引き続き吸引される。これにより、柔軟性容器が変形し、燃料改質器7内及び水タンク15内の圧力の変動が吸収される。この後の動作は、実施の形態1と同様である。
Thereafter, when the water level stored in the
このような燃料電池発電システムでは、燃料改質器7内へ吸引させるための補填ガスが水タンク15内に供給されており、所定量の水が燃料改質器7内へ吸引された後に、補填ガスが水タンク15内から燃料改質器7内へ吸引されるようになっているので、燃料改質器7内に所定量の水を供給した後に、外気と異なるガスを燃料改質器7内へ自動的に供給することができる。これにより、外気を供給した場合よりも高い温度であっても、燃料改質器7内へのガスの供給を開始することができ、燃料改質器7の機能低下をさらに抑制することができる。
In such a fuel cell power generation system, a supplementary gas to be sucked into the fuel reformer 7 is supplied into the
また、水タンク15に連通するガス貯蔵装置21に補填ガスが貯蔵されており、水タンク15内の圧力変動がガス貯蔵装置21により吸収されるようになっているので、補填ガスが燃料改質器7内へ吸引されるときであっても、水タンク15内及び燃料改質器7内の圧力の急激な低下を防止することができる。
In addition, the
なお、上記の例では、水タンク15内及び燃料改質器7内の圧力変動を吸収するために、ガス貯蔵装置21が変形自在な柔軟性容器とされているが、これに限定されず、ガス貯蔵装置21の構造を例えばピストン構造や蛇腹構造等としてもよい。このようにしても、水タンク15内及び燃料改質器7内の圧力変動を吸収することができる。
In the above example, in order to absorb the pressure fluctuation in the
また、上記の例では、燃料改質器7内へ吸引させるための補填ガスが都市ガスとされているが、例えばバーナ12での燃焼により生じる燃焼排ガスや、酸素を含む空気等の酸素含有ガスに対して脱酸素処理を行った窒素主体の脱酸素ガス等を補填ガスとしてもよい。このようにすれば、酸素の含有量が少ないガスを燃料改質器7内へ供給することができるので、触媒11の劣化の促進をさらに抑制することができる。また、燃焼排ガスを補填ガスとする場合には、燃料改質器7の運転時に生じるガスを有効に利用することができる。
In the above example, the supplementary gas to be sucked into the fuel reformer 7 is city gas. For example, combustion exhaust gas generated by combustion in the
1 燃料電池、7 燃料改質器、13 燃料管遮断弁(遮断弁)、14 自動給水装置、15 水タンク、16 水吸引管、21 ガス貯蔵装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell, 7 Fuel reformer, 13 Fuel pipe shutoff valve (shutoff valve), 14 Automatic water supply apparatus, 15 Water tank, 16 Water suction pipe, 21 Gas storage apparatus.
Claims (8)
原料を上記燃料に化学反応により変換する燃料改質器、
上記燃料改質器に接続された水吸引管を有し、上記水吸引管を水で封じた自動給水装置、及び
上記燃料改質器の運転を停止したときに、上記燃料改質器内への外気の進入を防止するための遮断弁
を備え、
上記燃料改質器の運転を停止したときには、上記燃料改質器内の圧力の低下により、上記自動給水装置からの水が上記水吸引管内を通って上記燃料改質器内へ吸引され、上記燃料改質器内へ吸引された水が上記燃料改質器内で水蒸気となるように構成したことを特徴とする燃料電池発電システム。 A fuel cell that generates electricity by receiving supply of fuel and oxidant;
A fuel reformer that converts the raw material into the fuel by a chemical reaction;
An automatic water supply apparatus having a water suction pipe connected to the fuel reformer, the water suction pipe sealed with water, and into the fuel reformer when the operation of the fuel reformer is stopped; With a shut-off valve to prevent the outside air from entering,
When the operation of the fuel reformer is stopped, due to a decrease in the pressure in the fuel reformer, water from the automatic water feeder is sucked into the fuel reformer through the water suction pipe, and A fuel cell power generation system configured such that water sucked into a fuel reformer becomes steam in the fuel reformer.
上記所定量の水が上記燃料改質器内へ吸引された後に、上記外気が上記燃料改質器内へ吸引されることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池発電システム。 The water tank is open to the outside air,
4. The fuel cell power generation system according to claim 3, wherein the outside air is sucked into the fuel reformer after the predetermined amount of water is sucked into the fuel reformer.
上記水タンク内の圧力変動は、上記ガス貯蔵装置により吸収されることを特徴とする請求項6に記載の燃料電池発電システム。 The supplementary gas is stored in a gas storage device communicating with the water tank,
The fuel cell power generation system according to claim 6, wherein the pressure fluctuation in the water tank is absorbed by the gas storage device.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017183288A (en) * | 2017-05-31 | 2017-10-05 | 三浦工業株式会社 | Fuel cell system |
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- 2006-05-30 JP JP2006150150A patent/JP2007323849A/en active Pending
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