JP2008251446A - Operation method for fuel cell power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池発電装置の運転方法に関し、詳しくは、
原燃料供給手段から供給される炭化水素系の原燃料を脱硫する脱硫部と、その脱硫部から供給される脱硫原燃料を改質バーナによる加熱状態で水蒸気により水素ガスを主成分とする改質処理ガスに改質処理する改質部とを備えて、水素ガスを主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成部と、
その燃料ガス生成部から燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、
供給される改質用水を加熱して生成した改質処理用の水蒸気を前記脱硫部から前記改質部に供給される原燃料に混合する水蒸気生成部と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池に供給し且つその燃料電池から発電に使用された後に排出される排燃料ガスを前記改質バーナに供給する通常通流経路と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池を迂回して前記改質バーナに供給する電池迂回通流経路とが設けられた燃料電池発電装置において、
停止時には、前記改質バーナの燃焼を停止し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、前記原燃料供給手段による原燃料の供給及び前記水蒸気生成部による水蒸気の供給のうち少なくとも前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を継続し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に原燃料を充填する停止時処理を行い、
起動時には、前記改質バーナの燃焼を開始して、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換し、前記改質部の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、前記原燃料供給手段による原燃料の供給を開始する起動時処理を行う燃料電池発電装置の運転方法に関する。
The present invention relates to a method for operating a fuel cell power generator, and more specifically,
A desulfurization section that desulfurizes hydrocarbon-based raw fuel supplied from the raw fuel supply means, and a desulfurization raw fuel supplied from the desulfurization section is reformed mainly with hydrogen gas by steam while being heated by a reforming burner A fuel gas generation unit that includes a reforming unit that performs a reforming process on the processing gas, and that generates a fuel gas mainly composed of hydrogen gas;
A fuel cell that is supplied with fuel gas from the fuel gas generator and generates power;
A steam generation unit that mixes reforming steam generated by heating the supplied reforming water with the raw fuel supplied from the desulfurization unit to the reforming unit;
A normal flow path for supplying the fuel gas generated in the fuel gas generation unit to the fuel cell and supplying exhaust fuel gas discharged from the fuel cell after being used for power generation to the reforming burner;
In the fuel cell power generation apparatus provided with a battery bypass flow path that bypasses the fuel cell and supplies the fuel gas generated in the fuel gas generator to the reforming burner,
When stopping, the combustion of the reforming burner is stopped, and until the temperature of the reforming section falls to a temperature at which the raw fuel can be prevented from thermal decomposition and water vapor condensation can be prevented, Among the supply and the supply of steam by the steam generation unit, at least the supply of steam by the steam generation unit is continued, and the temperature of the reforming unit is lowered to a temperature at which the raw fuel can be prevented from being thermally decomposed and the steam can be prevented from condensing. And stopping the supply of water vapor by the water vapor generation unit and supplying the raw fuel by the raw fuel supply means, and performing a process at the time of filling the fuel gas generation unit and the fuel cell with the raw fuel,
At the time of start-up, combustion of the reforming burner is started, and when the temperature of the reforming unit rises to a temperature at which the raw fuel can be prevented from thermal decomposition and steam condensation can be prevented, steam supply by the steam generating unit When the raw fuel filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is replaced with water vapor, and the temperature of the reforming unit is raised to a temperature capable of reforming, the raw fuel supply is started. The present invention relates to a method for operating a fuel cell power generation apparatus that performs a start-up process for starting supply of raw fuel by means.
かかる燃料電池発電装置は、水素ガスを主成分とする燃料ガスが燃料ガス生成部にて生成され、その生成された燃料ガスが燃料電池に供給されて、燃料電池において発電されるものである。
そして、例えば、炭化水素系の原燃料の一例としての都市ガス(例えば天然ガスベースの13A)には付臭剤としての硫黄成分が含有されている等、原燃料には硫黄成分が含有されている場合があるので、燃料ガス生成部には、脱硫部が設けられ、その脱硫部にて脱硫された原燃料が改質部に供給されると共に、脱硫部から改質部に供給される原燃料に水蒸気生成部により水蒸気が混合されて、改質部において、改質バーナによる加熱状態で、原燃料が水蒸気により水素ガスを主成分とする改質処理ガスに改質処理されて、その改質処理ガスが燃料ガスとして燃料電池に供給されるようになっている。
In such a fuel cell power generation device, a fuel gas containing hydrogen gas as a main component is generated in a fuel gas generation unit, and the generated fuel gas is supplied to the fuel cell to generate power in the fuel cell.
For example, city gas (for example, 13A based on natural gas) as an example of a hydrocarbon-based raw fuel contains a sulfur component as an odorant, and the raw fuel contains a sulfur component. Therefore, the fuel gas generation unit is provided with a desulfurization unit, and the raw fuel desulfurized in the desulfurization unit is supplied to the reforming unit and the raw fuel supplied from the desulfurization unit to the reforming unit. Steam is mixed with the fuel by the steam generator, and in the reforming section, the raw fuel is reformed by the steam into a reformed gas containing hydrogen gas as a main component while being heated by the reforming burner. The quality treatment gas is supplied to the fuel cell as a fuel gas.
燃料電池にて発電させる通常の運転状態においては、通常通流経路が通流状態にされて、燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスが燃料電池に供給され、その燃料電池から発電に使用された後に排出される排燃料ガスが燃焼用ガスとして改質バーナに供給されて、その改質バーナにてその排燃料ガスを燃焼させるようになっている。 In the normal operation state where power is generated by the fuel cell, the normal flow path is made to flow and the fuel gas generated in the fuel gas generator is supplied to the fuel cell and used for power generation from the fuel cell. Then, the exhaust fuel gas discharged after being supplied is supplied to the reforming burner as a combustion gas, and the exhaust fuel gas is combusted by the reforming burner.
ところで、このような燃料電池発電装置においては、燃料ガス生成部や燃料電池に水蒸気が残留したまま運転が停止されて、その残留水蒸気が停止中に凝縮したり、運転の停止中に燃料ガス生成部や燃料電池に空気が浸入すると、改質部の改質触媒や燃料電池の電極触媒等の触媒の活性が低下する虞があるので、運転の停止時に、触媒の活性低下を防止可能なパージ用ガスを燃料ガス生成部及び燃料電池に充填する停止時処理を行うようになっている。
そして、パージ用ガスとして窒素ガス等の不活性ガスを用いると、ボンベ等の不活性ガス供給設備が必要となるので、近年では、不活性ガス供給設備を不要とするために、パージ用ガスとして原燃料が用いられるようになっている。
By the way, in such a fuel cell power generation device, the operation is stopped while water vapor remains in the fuel gas generation unit or the fuel cell, and the residual water vapor is condensed during the stop, or the fuel gas is generated while the operation is stopped. If air enters the fuel cell or the fuel cell, the activity of the reforming catalyst in the reforming unit or the electrode catalyst of the fuel cell may be reduced. A stop-time process for filling the fuel gas generation unit and the fuel cell with the working gas is performed.
When an inert gas such as nitrogen gas is used as the purge gas, an inert gas supply facility such as a cylinder is required. Therefore, in recent years, as an inert gas supply facility is not required, Raw fuel is used.
この原燃料は、水蒸気が混合されていない状態で加熱されると、その加熱温度によっては、熱分解を起こして炭素を析出して、改質部の改質触媒や燃料電池の電極触媒等の触媒の活性を低下させる虞がある。
そこで、停止時処理においては、改質バーナの燃焼を停止し、改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、原燃料供給手段による原燃料の供給及び水蒸気生成部による水蒸気の供給のうち少なくとも水蒸気生成部による水蒸気の供給を継続し、改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がると、水蒸気生成部による水蒸気の供給を停止し且つ原燃料供給手段により原燃料を供給して、燃料ガス生成部及び燃料電池に原燃料を充填するようにして、原燃料を熱分解させず且つ水蒸気を残留させない状態で、燃料ガス生成部及び燃料電池に原燃料を充填するようになっている。
When this raw fuel is heated in a state where water vapor is not mixed, depending on the heating temperature, pyrolysis occurs and carbon is precipitated, and the reforming catalyst of the reforming part, the electrode catalyst of the fuel cell, etc. There is a risk of reducing the activity of the catalyst.
Therefore, in the stop process, the combustion of the reforming burner is stopped, and the raw fuel supply means is used until the temperature of the reforming section falls to a temperature at which the raw fuel can be prevented from thermal decomposition and water vapor condensation can be prevented. When at least the water vapor supply by the water vapor generation unit is continued among the fuel supply and the water vapor generation by the water vapor generation unit, and the temperature of the reforming unit falls to a temperature at which the raw fuel can be prevented from thermal decomposition and water vapor condensation can be prevented. The supply of water vapor by the water vapor generation unit is stopped and the raw fuel is supplied by the raw fuel supply means so that the raw fuel is filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell so that the raw fuel is not thermally decomposed and the water vapor is supplied. The fuel gas generator and the fuel cell are filled with the raw fuel in a state that does not remain.
又、起動時には、改質バーナの燃焼を開始して、改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、水蒸気生成部による水蒸気の供給を開始して、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換し、改質部の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、原燃料供給手段による原燃料の供給を開始する起動時処理を行うようにして、停止時に燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されていた原燃料を熱分解させることなく、改質部の温度を改質処理可能な温度に昇温させるようになっている。(例えば、特許文献1参照。)。 At the time of start-up, combustion of the reforming burner is started, and when the temperature of the reforming section rises to a temperature at which the raw fuel can be prevented from thermal decomposition and steam condensation can be prevented, the steam generation section supplies steam. When the raw fuel filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is replaced with water vapor and the temperature of the reforming unit rises to a temperature at which the reforming process can be performed, By performing the start-up process for starting the supply, the temperature of the reforming unit is raised to a temperature at which the reforming process can be performed without thermally decomposing the raw fuel charged in the fuel gas generation unit and the fuel cell at the time of stoppage. It is designed to warm up. (For example, refer to Patent Document 1).
ちなみに、上記の特許文献1には明確には記載されていないが、前記起動時処理は、通常通流経路を通流状態に切り換えた状態で行い、その起動時処理を行う時間は、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換するのに要する時間に設定していた。
尚、上記の特許文献1には記載されていないが、前記起動時処理は、通常通流経路及び電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で行うことも考えられる。
Incidentally, although not clearly described in the above-mentioned
Although not described in the above-mentioned
ところで、このような燃料電池発電装置をメーカから出荷するときや、燃料電池発電装置を移設するときには、改質部の改質触媒や燃料電池の電極触媒等の触媒の活性低下を防止するために、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスを充填するようになっているので、燃料電池発電装置は、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填された状態で設置されることになる。 By the way, when such a fuel cell power generation device is shipped from a manufacturer or when the fuel cell power generation device is relocated, in order to prevent a decrease in activity of a catalyst such as a reforming catalyst of a reforming unit or an electrode catalyst of a fuel cell. Since the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas, the fuel cell power generator is installed in a state where the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas.
従来の燃料電池発電装置では、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填された状態で起動させるときも、上述した通常の起動時処理を行うことになる。
つまり、従来の燃料電池発電装置では、通常の起動時処理を行うことにより、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを排出するようになっていた。
しかしながら、その通常の起動時処理では、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを十分に排出するには時間が短く、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを十分に排出することができない虞があった。
しかも、その起動時処理では、水蒸気生成部により、水蒸気を脱硫部と改質部とを接続する流路に水蒸気を供給して、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換するのであり、そのように原燃料を水蒸気にて置換するときには、脱硫部には水蒸気が通流しないので、特に、脱硫部に充填されている窒素ガスを排出することができないものであった。
In the conventional fuel cell power generator, the above-described normal start-up process is performed even when the fuel gas generator and the fuel cell are started in a state where nitrogen gas is charged.
That is, in the conventional fuel cell power generation device, the normal start-up process is performed to discharge the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell.
However, in the normal start-up process, it takes a short time to sufficiently discharge the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell, and the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is removed. There was a possibility that it could not be discharged sufficiently.
In addition, in the start-up process, the steam generation unit supplies the steam to the flow path connecting the desulfurization unit and the reforming unit, and the raw gas filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is converted into the steam. When replacing the raw fuel with water vapor in this way, since water vapor does not flow through the desulfurization section, in particular, nitrogen gas filled in the desulfurization section cannot be discharged. there were.
そして、燃料ガス生成部や燃料電池に窒素ガスが残留していると、その窒素が原燃料の改質処理により発生する水素と下記の反応式にて反応してアンモニアが発生し、そのアンモニアにより電極触媒等が被毒して、発電性能が低下する虞があり、改善が望まれるものであった。 If nitrogen gas remains in the fuel gas generator or the fuel cell, the nitrogen reacts with hydrogen generated by the reforming process of the raw fuel according to the following reaction formula to generate ammonia. The electrode catalyst and the like are poisoned, and there is a possibility that the power generation performance may be lowered, and an improvement is desired.
N2+3H2→2NH3 N 2 + 3H 2 → 2NH 3
又、改質処理ガス中に含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水を改質用水ばかりでなく、高分子型の燃料電池における高分子電解質膜の加湿用として用いる場合があるが、そのような場合には、凝縮水にアンモニアが溶け込んでいると、電極触媒が被毒して、発電性能が低下することになり、この点からも改善が望まれるものであった。 In addition, the condensed water obtained by condensing the water vapor contained in the reformed gas may be used not only for the reforming water but also for humidifying the polymer electrolyte membrane in the polymer type fuel cell. In this case, if ammonia is dissolved in the condensed water, the electrode catalyst is poisoned and the power generation performance is lowered, and this point is also desired to be improved.
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されて設置される場合に、発電性能の低下を抑制するように運転し得る燃料電池発電装置の運転方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to operate so as to suppress a decrease in power generation performance when the fuel gas generation unit and the fuel cell are installed with nitrogen gas. An object of the present invention is to provide a method for operating a fuel cell power generator.
本発明の燃料電池発電装置の運転方法の第1特徴構成は、原燃料供給手段から供給される炭化水素系の原燃料を脱硫する脱硫部と、その脱硫部から供給される脱硫原燃料を改質バーナによる加熱状態で水蒸気により水素ガスを主成分とする改質処理ガスに改質処理する改質部とを備えて、水素ガスを主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成部と、
その燃料ガス生成部から燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、
供給される改質用水を加熱して生成した改質処理用の水蒸気を前記脱硫部から前記改質部に供給される原燃料に混合する水蒸気生成部と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池に供給し且つその燃料電池から発電に使用された後に排出される排燃料ガスを前記改質バーナに供給する通常通流経路と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池を迂回して前記改質バーナに供給する電池迂回通流経路とが設けられた燃料電池発電装置において、
停止時には、前記改質バーナの燃焼を停止し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、前記原燃料供給手段による原燃料の供給及び前記水蒸気生成部による水蒸気の供給のうち少なくとも前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を継続し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に原燃料を充填する停止時処理を行い、
起動時には、前記改質バーナの燃焼を開始して、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換し、前記改質部の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、前記原燃料供給手段による原燃料の供給を開始する起動時処理を行う燃料電池発電装置の運転方法であって、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、前記起動時処理を行う前に、前記通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、前記通常通流経路及び前記電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換する初期置換処理を実行する点を特徴とする。
The first characteristic configuration of the operation method of the fuel cell power generator according to the present invention is that the desulfurization section for desulfurizing the hydrocarbon-based raw fuel supplied from the raw fuel supply means and the desulfurization raw fuel supplied from the desulfurization section are modified. A reformer that reforms the reformed gas mainly composed of hydrogen gas with water vapor in a heated state by a quality burner, and a fuel gas generator that produces fuel gas mainly composed of hydrogen gas;
A fuel cell that is supplied with fuel gas from the fuel gas generator and generates power;
A steam generation unit that mixes reforming steam generated by heating the supplied reforming water with the raw fuel supplied from the desulfurization unit to the reforming unit;
A normal flow path for supplying the fuel gas generated in the fuel gas generation unit to the fuel cell and supplying exhaust fuel gas discharged from the fuel cell after being used for power generation to the reforming burner;
In the fuel cell power generation apparatus provided with a battery bypass flow path that bypasses the fuel cell and supplies the fuel gas generated in the fuel gas generator to the reforming burner,
When stopping, the combustion of the reforming burner is stopped, and until the temperature of the reforming section falls to a temperature at which the raw fuel can be prevented from thermal decomposition and water vapor condensation can be prevented, Among the supply and the supply of steam by the steam generation unit, at least the supply of steam by the steam generation unit is continued, and the temperature of the reforming unit is lowered to a temperature at which the raw fuel can be prevented from being thermally decomposed and the steam can be prevented from condensing. And stopping the supply of water vapor by the water vapor generation unit and supplying the raw fuel by the raw fuel supply means, and performing a process at the time of filling the fuel gas generation unit and the fuel cell with the raw fuel,
At the time of start-up, combustion of the reforming burner is started, and when the temperature of the reforming unit rises to a temperature at which the raw fuel can be prevented from thermal decomposition and steam condensation can be prevented, steam supply by the steam generating unit When the raw fuel filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is replaced with water vapor, and the temperature of the reforming unit is raised to a temperature capable of reforming, the raw fuel supply is started. An operation method of a fuel cell power generation device that performs a start-up process for starting supply of raw fuel by means,
In a state in which the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas, the normal flow path is switched to the normal flow state before the start-up process, or the normal flow is performed. The raw fuel is supplied by the raw fuel supply means in a state in which both the path and the battery bypass flow path are switched to the flowing state, and the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is supplied. It is characterized in that an initial replacement process for replacing with raw fuel is performed.
即ち、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、起動時処理を行う前に、通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、通常通流経路及び電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、原燃料供給手段により原燃料を供給して、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換する初期置換処理を実行する。 That is, in a state where the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas, the normal flow path is switched to the flow state or the normal flow path and the battery before the start-up process is performed. Initial replacement in which the raw fuel is supplied by the raw fuel supply means and the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is replaced with the raw fuel in a state where both bypass flow paths are switched to the flow state. Execute the process.
つまり、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、起動時処理を行う前に、初期置換処理を実行し、その初期置換処理では、通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、通常通流経路及び電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、原燃料供給手段により、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを確実に排出することが可能な時間原燃料を供給することにより、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを改質バーナを通して確実に排出して、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換することができる。
尚、初期置換処理では、原燃料供給手段により原燃料を脱硫部から改質部及び燃料電池に供給するので、燃料ガス生成部については、脱硫部を含めて、充填されている窒素ガスを確実に排出して原燃料に置換することができることは勿論である。
そして、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを確実に排出することができるので、アンモニアが生成されるのを防止することができるようになり、発電性能の低下を抑制することができる。
従って、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されて設置される場合に、発電性能の低下を抑制するように運転し得る燃料電池発電装置の運転方法を提供することができるようになった。
In other words, in the state where the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas, the initial replacement process is executed before the start-up process, and the normal replacement path is in the initial replacement process. In a state where the fuel gas generating unit and the fuel cell are filled with the raw fuel supply means, the normal gas supply path and the battery bypass flow path are switched to the flow state. By supplying the raw fuel for a time that can be reliably discharged, the nitrogen gas filled in the fuel gas generator and the fuel cell is reliably discharged through the reformer burner, and is supplied to the fuel gas generator and the fuel cell. The filled nitrogen gas can be replaced with raw fuel.
In the initial replacement process, the raw fuel is supplied from the desulfurization unit to the reforming unit and the fuel cell by the raw fuel supply means, so that the fuel gas generation unit reliably includes the filled nitrogen gas including the desulfurization unit. Of course, it can be discharged and replaced with raw fuel.
And since the nitrogen gas with which a fuel gas production | generation part and a fuel cell are filled can be discharged | emitted reliably, it becomes possible to prevent that ammonia is produced | generated and suppress the fall of electric power generation performance. Can do.
Accordingly, it is possible to provide a method of operating a fuel cell power generator that can be operated so as to suppress a decrease in power generation performance when the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas. It was.
第2特徴構成は、上記第1特徴構成と同様の前提構成の燃料電池発電装置の運転方法であって、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、前記起動時処理を行う前に、前記電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部に充填されている窒素ガスを原燃料に置換し、続いて、前記通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、前記通常通流経路及び前記電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換する初期置換処理を実行する点を特徴とする。
The second characteristic configuration is a method of operating the fuel cell power generation device having the same premise configuration as the first characteristic configuration,
In a state in which the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas, the raw fuel supply is performed in a state in which the battery bypass flow path is switched to a flow state before the start-up process is performed. The raw fuel is supplied by the means, and the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit is replaced with the raw fuel, and then the state in which the normal flow path is switched to the flow state or the normal flow is obtained. The raw fuel is supplied by the raw fuel supply means in a state where both the flow path and the battery bypass flow path are switched to the flowing state, and the nitrogen gas filled in the fuel cell is replaced with the raw fuel. It is characterized in that an initial replacement process is executed.
即ち、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、起動時処理を行う前に、電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態で、原燃料供給手段により原燃料を供給して、燃料ガス生成部に充填されている窒素ガスを原燃料に置換し、続いて、通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、通常通流経路及び電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、原燃料供給手段により原燃料を供給して、燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換する初期置換処理を実行する。 That is, in a state where the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas, the raw fuel supply means supplies the raw fuel in a state in which the battery bypass flow path is switched to the flow state before the start-up process is performed. Supply the fuel and replace the nitrogen gas filled in the fuel gas generator with the raw fuel, and then switch to the normal flow path through the normal flow path, or the normal flow path and battery bypass In the state where both of the flow paths are switched to the flow state, the raw fuel is supplied by the raw fuel supply means, and an initial replacement process is performed in which the nitrogen gas filled in the fuel cell is replaced with the raw fuel.
つまり、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、起動時処理を行う前に、初期置換処理を実行し、その初期置換処理では、先ず、電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態で、原燃料供給手段により、燃料ガス生成部に充填されている窒素ガスを確実に排出することが可能な時間、原燃料を供給し、続いて、通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、通常通流経路及び電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、原燃料供給手段により、燃料電池に充填されている窒素ガスを確実に排出することが可能な時間原燃料を供給することにより、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを改質バーナを通して確実に排出して、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換することができる。
尚、初期置換処理では、原燃料供給手段により原燃料を脱硫部から改質部及び燃料電池に供給するので、燃料ガス生成部については、脱硫部を含めて、充填されている窒素ガスを確実に排出して原燃料に置換することができることは勿論である。
そして、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを確実に排出することができるので、アンモニアが生成されるのを防止することができるようになり、発電性能の低下を抑制することができる。
従って、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されて設置される場合に、発電性能の低下を抑制するように運転し得る燃料電池発電装置の運転方法を提供することができるようになった。
That is, in a state where the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas, the initial replacement process is performed before the start-up process. In the initial replacement process, first, the battery bypass flow path is set. In the state of switching to the flow state, the raw fuel supply means supplies the raw fuel for a time during which the nitrogen gas charged in the fuel gas generation unit can be reliably discharged, and then the normal flow path. In the state of switching to the flow-through state, or the state of switching to the flow-through state of both the normal flow path and the battery bypass flow path, the raw fuel supply means ensures the nitrogen gas filled in the fuel cell. By supplying the raw fuel for the time that can be discharged, the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is surely discharged through the reformer burner and filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell. Has been The nitrogen gas can be replaced with the original fuel.
In the initial replacement process, the raw fuel is supplied from the desulfurization unit to the reforming unit and the fuel cell by the raw fuel supply means, so that the fuel gas generation unit reliably includes the filled nitrogen gas including the desulfurization unit. Of course, it can be discharged and replaced with raw fuel.
And since the nitrogen gas with which a fuel gas production | generation part and a fuel cell are filled can be discharged | emitted reliably, it becomes possible to prevent that ammonia is produced | generated and suppress the fall of electric power generation performance. Can do.
Accordingly, it is possible to provide a method of operating a fuel cell power generator that can be operated so as to suppress a decrease in power generation performance when the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas. It was.
第3特徴構成は、上記第1又は第2特徴構成に加えて、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されていた窒素ガスと置換された原燃料が前記改質バーナにて燃焼する状態となると、前記初期置換処理を終了する点を特徴とする。
In addition to the first or second feature configuration, the third feature configuration is
The initial replacement process is terminated when the raw fuel replaced with the nitrogen gas charged in the fuel gas generation unit and the fuel cell is burned in the reforming burner.
即ち、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されていた窒素ガスと置換された原燃料が改質バーナにて燃焼する状態となると、初期置換処理を終了する。
つまり、原燃料供給手段により原燃料を供給すると、燃料ガス生成部や燃料電池に充填されている窒素ガスが燃料ガスに押し流されて改質バーナに至ってその改質バーナから排出されることになるので、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されていた窒素ガスと置換された原燃料が改質バーナにて燃焼する状態となると、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されていた窒素ガスが確実に排出されたこととなる。
そこで、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されていた窒素ガスと置換された原燃料が改質バーナにて燃焼する状態になると、初期置換処理を終了するようにすることにより、原燃料供給手段により不必要に長い時間原燃料を供給して、原燃料を無駄に消費するのを防止することができながら、燃料ガス生成部及び燃料電池に充填されている窒素ガスを確実に排出することができる。
従って、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されて設置される場合に、原燃料を無駄に消費することなく、発電性能の低下を抑制するように運転し得る燃料電池発電装置の運転方法を提供することができるようになった。
That is, when the raw fuel replaced with the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is combusted in the reforming burner, the initial replacement process is terminated.
That is, when the raw fuel is supplied by the raw fuel supply means, the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is pushed away by the fuel gas, reaches the reformer burner, and is discharged from the reformer burner. Therefore, when the raw fuel replaced with the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is burned in the reformer burner, the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is surely Will be discharged.
Therefore, when the raw gas replaced with the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is burned in the reformer burner, the initial replacement process is terminated, thereby providing the raw fuel supply means. Therefore, it is possible to reliably discharge the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell while preventing the wasteful consumption of the raw fuel by supplying the raw fuel for an unnecessarily long time. it can.
Therefore, when the fuel gas generator and the fuel cell are installed with nitrogen gas, the fuel cell power generator can be operated so as to suppress a decrease in power generation performance without wasting raw fuel. It became possible to provide a method.
第4特徴構成は、上記第1特徴構成と同様の前提構成の燃料電池発電装置の運転方法であって、
前記起動時処理において、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に窒素ガスが充填されている場合には、前記原燃料供給手段による原燃料の供給開始後、窒素用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、前記電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態とし、前記窒素用の迂回処理用設定時間が経過すると前記通常通流経路を通流状態に切り換え、且つ、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に原燃料が充填されている場合には、前記原燃料供給手段による原燃料の供給開始後、前記窒素用の迂回処理用設定時間よりも短い原燃料用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、前記電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態とし、前記原燃料用の迂回処理用設定時間が経過すると前記通常通流経路を通流状態に切り換える点を特徴とする。
The fourth characteristic configuration is an operation method of the fuel cell power generation device of the same premise configuration as the first characteristic configuration,
In the startup process,
When the fuel gas generating unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas, after the start of the supply of raw fuel by the raw fuel supply means, until the set time for detour processing for nitrogen elapses, the battery A state in which the bypass flow path is switched to a flow state, and when the set time for the bypass process for nitrogen elapses, the normal flow path is switched to a flow state; and
When the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with raw fuel, after the raw fuel supply by the raw fuel supply means is started, the raw fuel for the raw fuel is shorter than the detour processing set time for nitrogen. The battery bypass flow path is switched to the flow state until the detour processing set time elapses, and the normal flow path is switched to the flow state when the raw fuel detour processing set time elapses. It is characterized by switching.
即ち、起動時処理において、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されている場合には、原燃料供給手段による原燃料の供給開始後、窒素用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態とし、窒素用の迂回処理用設定時間が経過すると通常通流経路を通流状態に切り換え、且つ、燃料ガス生成部及び燃料電池に原燃料が充填されている場合には、原燃料供給手段による原燃料の供給開始後、窒素用の迂回処理用設定時間よりも短い原燃料用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態とし、原燃料用の迂回処理用設定時間が経過すると通常通流経路を通流状態に切り換える。 That is, in the start-up process, when the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas, after the start of the supply of raw fuel by the raw fuel supply means, until the set time for bypass processing for nitrogen elapses The battery bypass flow path is switched to the flow-through state, the normal flow path is switched to the flow-through state when the detour processing set time for nitrogen elapses, and the fuel gas generator and the fuel cell are switched to the original state. When the fuel is filled, the battery bypass is performed after the raw fuel supply means starts supplying the raw fuel until the detour processing set time for the raw fuel is shorter than the detour processing set time for nitrogen. The flow path is switched to the flow state, and when the raw fuel detour setting time elapses, the normal flow path is switched to the flow state.
つまり、起動時処理において、改質部の温度が改質処理可能な温度に昇温して、原燃料供給手段により原燃料の供給を開始しても、その初期は、改質処理が不安定で生成される燃料ガスの組成が不安定になる虞があるので、原燃料供給手段による原燃料の供給開始後、迂回処理用設定時間が経過するまでは電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態として、不安定な組成の燃料ガスが燃料電池に供給されないようにする。
In other words, even if the temperature of the reforming section is raised to a temperature at which the reforming process can be performed and the supply of raw fuel is started by the raw fuel supply means in the startup process, the reforming process is unstable at the initial stage. Since the composition of the fuel gas generated in
そして、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されている場合に実行する起動時処理における窒素用の迂回処理用設定時間を、燃料ガス生成部及び燃料電池に原燃料が充填されている場合に実行する起動時処理における原燃料用の迂回処理用設定時間よりも長くすることにより、脱硫部を含めて燃料ガス生成部に窒素が残留していてアンモニアが生成される可能性がある間は、電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態として、アンモニアが含有される虞がある燃料ガスを燃料電池に供給しないようにすることにより、発電性能の低下を抑制することができる。
従って、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されて設置される場合に、発電性能の低下を抑制するように運転し得る燃料電池発電装置の運転方法を提供することができるようになった。
Then, the detour processing set time for nitrogen in the start-up process executed when the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas, and the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with raw fuel During the start-up process that is performed in the case where the fuel gas generation unit including the desulfurization unit has nitrogen remaining and ammonia may be generated by making it longer than the setting time for the detour processing for raw fuel In the state in which the battery bypass flow path is switched to the flow-through state, the fuel gas that may contain ammonia is not supplied to the fuel cell, so that a decrease in power generation performance can be suppressed.
Accordingly, it is possible to provide a method of operating a fuel cell power generator that can be operated so as to suppress a decrease in power generation performance when the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas. It was.
第5特徴構成は、上記第4特徴構成に加えて、
前記窒素用の迂回処理用設定時間を、前記原燃料用の迂回処理用設定時間の1.5倍以上とする点を特徴とする。
In addition to the fourth feature configuration, the fifth feature configuration includes:
The nitrogen bypass processing set time is 1.5 times or more of the raw fuel bypass processing set time.
即ち、窒素用の迂回処理用設定時間を原燃料用の迂回処理用設定時間の1.5倍以上とすることにより、アンモニアが含有されないようになってから、燃料ガスを燃料電池に供給することができる。
つまり、種々実験を行った結果、窒素用の迂回処理用設定時間を原燃料用の迂回処理用設定時間の1.5倍以上とすることにより、脱硫部を含めて燃料ガス生成部に窒素が残留していない状態となって、燃料電池に供給される燃料ガスにアンモニアが含有されないようにすることができることを見出した。
従って、燃料ガス生成部及び燃料電池に窒素ガスが充填されて設置される場合に、発電性能の低下をより一層抑制するように運転することができるようになった。
That is, by setting the setting time for bypass processing for nitrogen to 1.5 times or more of the setting time for bypass processing for raw fuel, the fuel gas is supplied to the fuel cell after ammonia is not contained. Can do.
In other words, as a result of various experiments, by setting the detour processing setting time for nitrogen to 1.5 times or more of the detour processing setting time for raw fuel, nitrogen is contained in the fuel gas generation unit including the desulfurization unit. It has been found that ammonia can be prevented from being contained in the fuel gas supplied to the fuel cell in a state where it does not remain.
Therefore, when the fuel gas generation unit and the fuel cell are installed with nitrogen gas, the fuel gas generation unit and the fuel cell can be operated so as to further suppress the decrease in power generation performance.
〔第1実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第1実施形態を説明する。
図1に示すように、燃料電池発電装置には、原燃料供給手段としての原燃料供給部Kから供給される炭化水素系の原燃料ガスを脱硫する脱硫部1と、その脱硫部1から供給される脱硫原燃料ガスを改質バーナ3による加熱状態で水蒸気により水素ガスを主成分とする改質処理ガスに改質処理する改質部2とを備えて、水素ガスを主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成部P、その燃料ガス生成部Pから燃料ガスが供給されて発電する燃料電池G、供給される改質用水を加熱して生成した改質処理用の水蒸気を前記脱硫部1から前記改質部2に供給される原燃料ガスに混合する水蒸気生成部B、前記燃料ガス生成部Pにて生成された燃料ガスを前記燃料電池Gに供給し且つその燃料電池Gから発電に使用された後に排出される排燃料ガスを前記改質バーナ3に供給する通常通流経路Ru、前記燃料ガス生成部Pにて生成された燃料ガスを前記燃料電池Gを迂回して前記改質バーナ3に供給する電池迂回通流経路Rb、前記通常通流経路Ruを通流状態にする通常通流状態と前記電池迂回通流経路Rbを通流状態にする電池迂回通流状態と前記通常通流経路Ru及び前記電池迂回通流経路Rbの両方を通流状態にする並行通流状態とに切り換え自在な流路切換部S、並びに、運転を制御する運転制御部Cが設けられている。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
As shown in FIG. 1, the fuel cell power generation apparatus includes a
前記燃料電池Gは、周知であるので詳細な説明及び図示は省略して簡単に説明すると、この燃料電池Gは、例えば、固体高分子膜を電解質層とするセルの複数を積層状態に設けた固体高分子型に構成され、各セルの燃料極に前記燃料ガス生成部Pから燃料ガス供給路7を通して燃料ガスが供給され、各セルの酸素極に反応用送風機4から空気が供給されて、水素と酸素との電気化学反応により発電を行うように構成されている。
Since the fuel cell G is well known and will not be described in detail and will be briefly described, the fuel cell G includes, for example, a plurality of cells having a solid polymer film as an electrolyte layer in a stacked state. It is configured as a solid polymer type, fuel gas is supplied from the fuel gas generation unit P to the fuel electrode of each cell through the fuel
前記燃料ガス生成部Pは、前記脱硫室1及び前記改質部2に加えて、その改質部2から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成部5と、その変成部5から供給される改質処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する選択酸化部6等を備えて構成されて、一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスを生成するように構成されている。
In addition to the
原燃料ガスを供給する発電用原燃料供給路8が前記脱硫部1に接続され、その脱硫部1にて脱硫処理された脱硫原燃料ガスが前記改質部2に供給され、その改質部2にて改質処理された改質処理ガスが前記変成部5に供給され、その変成部5にて変成処理された改質処理ガスが前記選択酸化部6に供給されるように、前記脱硫部1、前記改質部2、前記変成部5、前記選択酸化部6がガス処理流路9にて接続され、その選択酸化部6にて選択酸化処理された改質処理ガスが燃料ガスとして、前記燃料ガス供給路7を通して前記燃料電池Gの燃料極に供給されるように構成されている。
A power generation raw
前記発電用原燃料供給路8には、前記脱硫部1への原燃料ガスの供給を断続する発電用原燃料断続弁V1、及び、前記脱硫部1への原燃料ガスの供給量を調節する発電用原燃料調節弁V2が設けられている。
つまり、前記発電用原燃料供給路8、前記発電用原燃料断続弁V1及び前記発電用原燃料調節弁V2により、前記原燃料供給部Kが構成される。
The power generation raw
That is, the raw fuel supply section K is constituted by the power generation raw
前記脱硫部1では、原燃料ガス中の硫黄成分を脱硫反応触媒により水素化し、その水素化物を酸化亜鉛等に吸着させて脱硫する。
前記改質部2では、原燃料ガスがメタンガスを主成分とする天然ガスベースの都市ガス(13A)である場合は、ルテニウム、ニッケル、白金等の改質反応用触媒の触媒作用により、例えば600〜750°Cの範囲の改質処理温度の下で、メタンガスと水蒸気とを改質反応させて、水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成させる。
前記変成部5では、酸化鉄系又は銅亜鉛系の変成反応用触媒の触媒作用により、例えば150〜400°Cの範囲の変成処理温度の下で、改質部23から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する。
前記選択酸化部6では、白金、ルテニウム、ロジウム等の貴金属系の選択酸化用触媒の触媒作用により、例えば80〜150°Cの選択酸化処理温度の下で、変成処理後の改質処理ガス中に残存している一酸化炭素ガスを選択酸化する。
In the
In the reforming
In the
In the
前記燃料電池Gの各セルの燃料極から排出された排燃料ガスを導くオフガス路10が前記改質バーナ3に接続されて、排燃料ガスが燃焼用燃料として改質バーナ3に供給されるように構成されている。
又、前記燃料ガス供給路7と前記オフガス路10とを前記燃料電池Gを迂回するように接続する電池迂回路11が設けられている。
前記燃料ガス供給路7における前記電池迂回路11の接続箇所よりも下流側の箇所に、電池上流側開閉弁V3が設けられ、前記オフガス路10における前記電池迂回路11の接続箇所よりも上流側の箇所に、電池下流側開閉弁V4が設けられ、前記電池迂回路11には、電池迂回路開閉弁V5が設けられている。
An off-
Further, a
A battery upstream side on-off valve V3 is provided at a location downstream of the connection location of the
つまり、前記燃料ガス供給路7及び前記オフガス路10により、前記通常通流経路Ruが構成され、前記燃料ガス供給路7における前記電池迂回路11の接続箇所よりも上流側の部分、前記電池迂回路11及び前記オフガス路10における前記電池迂回路11の接続箇所よりも下流側の部分にて、前記電池迂回通流経路Rbが構成される。
That is, the fuel
そして、前記電池上流側開閉弁V3及び前記電池下流側開閉弁V4を開弁し、且つ、前記電池迂回路開閉弁V5を閉弁することにより、前記通常通流経路Ruを通流状態にする通常通流状態に切り換えられ、前記電池上流側開閉弁V3及び前記電池下流側開閉弁V4を閉弁し、且つ、前記電池迂回路開閉弁V5を開弁することにより、前記電池迂回通流経路Rbを通流状態にする電池迂回通流状態に切り換えられ、前記電池上流側開閉弁V3、前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5を開弁することにより、前記通常通流経路Ru及び前記電池迂回通流経路Rbの両方を通流状態にする並行通流状態に切り換えられる。
つまり、前記電池上流側開閉弁V3、前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5により、前記流路切換部Sが構成される。
Then, by opening the battery upstream side open / close valve V3 and the battery downstream side open / close valve V4 and closing the battery bypass circuit open / close valve V5, the normal flow path Ru is made to flow. By switching to the normal flow state, closing the battery upstream side open / close valve V3 and the battery downstream side open / close valve V4, and opening the battery bypass circuit open / close valve V5, the battery bypass flow path The normal flow is switched by switching to the battery detour flow state for passing Rb and opening the battery upstream side open / close valve V3, the battery downstream side open / close valve V4, and the battery bypass circuit open / close valve V5. It is switched to a parallel flow state in which both the route Ru and the battery bypass flow route Rb are in a flow state.
That is, the flow path switching unit S is configured by the battery upstream side open / close valve V3, the battery downstream side open / close valve V4, and the battery bypass circuit open / close valve V5.
前記改質バーナ3には、原燃料ガスを燃焼用燃料として供給する燃焼用原燃料供給路12、燃焼用送風機13から燃焼用空気が送出される燃焼用空気供給路14が接続されている。そして、前記燃焼用原燃料供給路12には、前記改質バーナ3への燃焼用の原燃料ガスの供給を断続する燃焼用原燃料断続弁V6、及び、前記改質バーナ3への燃焼用の原燃料ガスの供給量を調節する燃焼用原燃料調節弁V7が設けられている。
又、前記改質バーナ3に点火するイグナイタ15が設けられ、更に、前記改質バーナ3にて燃焼用燃料を燃焼させる燃焼室16の温度(以下、燃焼室温度と記載する場合がある)を検出する燃焼温度センサTb、及び、前記燃焼室16にて加熱される改質部2の温度(以下、改質部温度と記載する場合がある)を検出する改質温度センサTrが設けられている。
The reforming
Further, an
前記水蒸気生成部Bは、前記燃焼室16から前記改質バーナ3の燃焼排ガスが燃焼排ガス路18を通して供給される燃焼排ガス通流部19hと供給される改質用水を前記燃焼排ガス通流部19hの加熱により蒸発させる蒸発処理部19bとを伝熱可能に設けた蒸発器19と、改質用水を貯留する改質用水タンク20と、その改質用水タンク20から改質用水を改質用水供給路21を通して前記蒸発器19の蒸発処理部19bに供給する改質用水ポンプ22等を備えて構成されている。
The steam generation section B includes a combustion exhaust
前記改質用水供給路21には、改質用水を純水に精製する水処理部23、その水処理部23にて純水に精製された改質用水を前記燃料ガス供給路7を通流する燃料ガスと熱交換させて予熱する1段目予熱器24、その1段目予熱器24にて予熱された改質用水を更に前記変成部5と前記選択酸化部6とを接続するガス処理流路9を通流する改質処理ガスと熱交換させて予熱する2段目予熱器25が上流側から順に設けられている。
In the reforming
前記電池迂回路11には、通流するガスから凝縮水を分離する電池迂回路ドレイントラップ26が設けられ、前記変成部5と前記選択酸化部6とを接続するガス処理流路9における前記2段目予熱器25よりも下流側の箇所に、通流するガスから凝縮水を分離する変成部下流側ドレイントラップ27が設けられている。
そして、前記電池迂回路ドレイントラップ26にて分離された凝縮水、及び、前記変成部下流側ドレイントラップ27にて分離された凝縮水が、凝縮水回収路28を通して前記改質用水タンク20に供給されるように構成されている。
図示を省略するが、前記燃料電池Gの酸素極から排出された排空気に含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水や、前記蒸発器19の燃焼排ガス通流部19hから排出された燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水も前記改質用水タンク20に供給されるように構成されている。
つまり、改質処理ガス、燃料ガス、排空気及び燃焼排ガス等から回収した凝縮水を前記改質用水タンク20に貯留して、その貯留している凝縮水を改質用水として用いるように構成されている。
The
Then, the condensed water separated by the battery
Although not shown, it is included in the condensed water obtained by condensing water vapor contained in the exhaust air exhausted from the oxygen electrode of the fuel cell G, or in the combustion exhaust gas discharged from the combustion exhaust
That is, the condensate collected from the reforming gas, fuel gas, exhaust air, combustion exhaust gas, etc. is stored in the reforming
前記凝縮水回収路28には、排水路29が接続され、その排水路29には、排水用開閉弁30が設けられて、この排水用開閉弁30を開弁することにより、前記電池迂回路ドレイントラップ26にて分離された凝縮水、及び、前記変成部下流側ドレイントラップ27にて分離された凝縮水を前記改質用水タンク20に回収せずに廃棄することができるように構成されている。
A
前記脱硫部1と前記改質部2とを接続するガス処理流路9にはエジェクタ31が設けられ、前記蒸発器19の蒸発処理部19bにて生成された水蒸気を送出する水蒸気供給路32が前記エジェクタ31に接続されて、前記脱硫部1にて脱硫された原燃料ガスにエジェクタ31にて水蒸気を混合させて、その水蒸気混合状態の原燃料が前記改質部2に供給されるように構成されている。
An
上述のように構成された燃料電池発電装置は、メーカからの出荷時は、発電用原燃料供給路8を通して、窒素ガスが供給されて、燃料ガス生成部P及び燃料電池Gに窒素ガスが満たされた状態で、前記発電用原燃料断続弁V1、前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5が閉弁されて、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに窒素ガスが充填され、ユーザには、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに窒素ガスが充填された状態で設置されることになる。
ちなみに、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに窒素ガスが充填される状態とは、前記脱硫部1、前記改質部2、前記変成部5、前記選択酸化部6、それらを接続するガス処理流路9、前記燃料ガス供給路7、前記燃料電池Gにおける各セルの燃料極に燃料ガスを供給する流路、前記オフガス路10における前記電池下流側開閉弁V4よりも上流側の部分、及び、前記電池迂回路11における電池迂回路開閉弁V5よりも上流側の部分に窒素ガスが充填される状態である。
When the fuel cell power generator configured as described above is shipped from a manufacturer, nitrogen gas is supplied through the power generation raw
Incidentally, the state in which the fuel gas generating part P and the fuel cell G are filled with nitrogen gas means that the
次に、この燃料電池発電装置の運転方法について、説明する。
停止時には、前記改質バーナ3の燃焼を停止し、前記改質部2の温度が原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、前記原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給及び前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給のうち少なくとも前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を継続し、前記改質部2の温度が原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がると、前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給部Kにより原燃料ガスを供給して、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに原燃料ガスを充填する停止時処理を行う。
Next, an operation method of the fuel cell power generator will be described.
At the time of stoppage, combustion of the reforming
起動時には、前記改質バーナ3の燃焼を開始して、前記改質部2の温度が原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されている原燃料ガスを水蒸気にて置換し、前記改質部2の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、前記原燃料供給部Kによる原燃料の供給を開始する起動時処理を行う。
At the time of start-up, combustion of the reforming
そして、本発明では、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに窒素ガスが充填されている状態においては、前記起動時処理を行う前に、前記通常通流経路Ru及び前記電池迂回通流経路Rbの両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Kにより原燃料ガスを供給して、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されている窒素ガスを原燃料ガスに置換する初期置換処理を実行する。
又、燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されていた窒素ガスと置換された原燃料ガスが前記改質バーナ3にて燃焼する状態となると、前記初期置換処理を終了する。
In the present invention, in the state where the fuel gas generation unit P and the fuel cell G are filled with nitrogen gas, the normal flow path Ru and the battery bypass flow are performed before the start-up process is performed. The raw fuel gas is supplied by the raw fuel supply unit K in a state where both of the paths Rb are switched to the flowing state, and the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit P and the fuel cell G is supplied as the raw fuel. An initial replacement process for replacing with gas is performed.
Further, when the raw fuel gas replaced with the nitrogen gas filled in the fuel gas generating part P and the fuel cell G is combusted in the reforming
この第1実施形態では、上述の運転方法を前記運転制御部Cに実行させるように構成されている。
以下、この運転制御部Cの制御動作を説明する。
ちなみに、前記運転制御部Cにより燃料電池発電装置を1日のうちの所定の運転時間帯にて運転する場合は、前記運転制御部Cは、その運転時間帯の開始時刻になることに基づいて起動タイミングになると判断し、その運転時間帯の終了時刻になることに基づいて停止タイミングになると判断するように構成されている。
In the first embodiment, the operation control unit C is configured to execute the above-described operation method.
Hereinafter, the control operation of the operation control unit C will be described.
Incidentally, when the fuel cell power generation device is operated by the operation control unit C in a predetermined operation time zone of one day, the operation control unit C is based on the start time of the operation time zone. It is determined that the start timing is reached, and the stop timing is determined based on the end time of the operation time zone.
前記運転制御部Cに試運転を指令する試運転指令スイッチ17が設けられている。
そして、この燃料電池発電装置を設置後、初めて燃料電池発電装置の運転を開始する前に、設置作業者により、試運転を指令するように試運転指令スイッチ17が操作されることになる。
ちなみに、燃料電池発電装置を設置時は、上述したように、前記電池上流側開閉弁V3が開弁状態であり、且つ、前記発電用原燃料断続弁V1、前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5が閉弁された状態で、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに窒素ガスが充填されている。
A test
Then, before starting the operation of the fuel cell power generation device for the first time after installing this fuel cell power generation device, the installation operator operates the test
Incidentally, when the fuel cell power generator is installed, as described above, the battery upstream side open / close valve V3 is in an open state, and the power generation raw fuel intermittent valve V1, the battery downstream side open / close valve V4, and the In the state where the battery bypass circuit opening / closing valve V5 is closed, the fuel gas generation part P and the fuel cell G are filled with nitrogen gas.
前記運転制御部Cは、前記試運転指令スイッチ17により試運転が指令されると、前記電池上流側開閉弁V3の開弁状態を維持する状態で前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5を開弁することにより、前記流路切換部Sを並行通流状態に切り換えた状態で、且つ、前記イグナイタ15を作動させかつ初期置換用の設定原燃料供給量に対して設定空気比となる量の燃焼用空気を供給する回転速度にて前記燃焼用送風機13を作動させて、前記改質バーナ3を燃焼用ガスが供給されると燃焼可能にした状態で、前記発電用原燃料断続弁V1を開弁しかつ燃料ガスの供給量が前記初期置換用の設定原燃料供給量になるよう前記発電用原燃料調節弁V2を作動させて、前記原燃料供給部Kにより原燃料ガスを供給し、その後、前記燃焼温度センサTbにて検出される燃焼室温度が原燃料パージ終了用設定温度になると、前記発電用原燃料断続弁V1、前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5を閉弁し、前記燃焼用送風機13を停止させることにより、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されている窒素ガスを原燃料ガスに置換する初期置換処理を実行するように構成されている。
When the test operation is instructed by the test
ちなみに、前記原燃料パージ終了用設定温度は、前記改質バーナ3が燃焼している状態での燃焼室温度に設定され、前記初期置換用の設定原燃料供給量は、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されている窒素ガスを確実に押し流すことが可能な流量に設定されている。
そして、前記初期置換処理では、前記イグナイタ15を作動させかつ前記燃焼用送風機13を作動させて、前記改質バーナ3を燃焼用ガスが供給されると燃焼可能な状態にしているので、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されている窒素ガスが原燃料ガスにより押し流されて改質バーナ3から排出され、原燃料ガスが改質バーナ3に供給されると、その改質バーナ3が燃焼して、前記燃焼温度センサTbにて検出される燃焼室温度が上昇して原燃料パージ終了用設定温度になり、初期置換処理を終了させることになる。
つまり、前記運転制御部Cが、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されていた窒素ガスと置換された原燃料ガスが前記改質バーナ3にて燃焼する状態となると、前記初期置換処理を終了するように構成されている。
Incidentally, the raw fuel purge end set temperature is set to a combustion chamber temperature in a state in which the reforming
In the initial replacement process, the
That is, when the operation control unit C enters a state in which the raw fuel gas replaced with the nitrogen gas charged in the fuel gas generation unit P and the fuel cell G burns in the reforming
詳細は後述するが、燃料電池発電装置の停止時には、停止時処理が実行されて、前記発電用原燃料断続弁V1、前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5が閉弁され、且つ、前記電池上流側開閉弁V3が開弁された状態で、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに原燃料ガスが充填されている。 As will be described in detail later, when the fuel cell power generator is stopped, the stop time process is executed, and the power generation raw fuel interrupt valve V1, the battery downstream side open / close valve V4, and the battery bypass circuit open / close valve V5 are closed. In addition, the fuel gas generation unit P and the fuel cell G are filled with raw fuel gas in a state where the battery upstream side opening / closing valve V3 is opened.
前記運転制御部Cは、起動タイミングになると、前記改質バーナ3の燃焼を開始する燃焼開始制御を実行し、続いて、前記改質温度センサTrにて検出される改質部温度が水蒸気パージ開始用設定温度になると、前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されている原燃料ガスを水蒸気にて置換する水蒸気置換制御を実行し、続いて、前記改質温度センサTrにて検出される改質部温度が原燃料供給開始用設定温度になると、前記流路切換部Sを電池迂回通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給を開始する原燃料供給開始制御を実行し、続いて、その原燃料ガスの供給開始後、迂回処理用設定時間が経過すると、前記流路切換部Sを通常通流状態に切り換えて、前記燃料ガス生成部Pにて生成された燃料ガスの前記燃料電池Gへの供給を開始する燃料ガス供給開始制御を実行する起動時処理を実行するように構成されている。
The operation control unit C executes combustion start control for starting combustion of the reforming
前記運転制御部Cは、前記燃焼開始制御では、前記イグナイタ15を作動させた状態で、前記燃焼用原燃料開閉弁V6を開弁し、起動用の設定原燃料供給量になるように前記燃焼用原燃料調節弁V7を調節し、前記起動用の設定原燃料供給量に対して設定空気比となる量の燃焼用空気を供給するように燃焼用送風機13の回転速度を調節することにより、前記改質バーナ3の燃焼を開始するように構成されている。
又、前記運転制御部Cは、前記水蒸気置換制御では、前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5を開弁することにより、前記流路切換部Sを並行通流状態に切り換えると共に、前記改質用水ポンプ22を作動させることにより、前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されている原燃料ガスを水蒸気にて置換するように構成されている。
又、前記運転制御部Cは、前記原燃料供給開始制御では、前記電池上流側開閉弁V3及び前記電池下流側開閉弁V4を閉弁することにより、前記流路切換部Sを電池迂回通流状態に切り換えると共に、前記発電用原燃料断続弁V1を開弁することにより、前記原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給を開始するように構成されている。
又、前記運転制御部Cは、前記燃料ガス供給開始制御では、前記電池上流側開閉弁V3及び前記電池下流側開閉弁V4を開弁し、且つ、前記電池迂回路開閉弁V5を閉弁することにより、前記流路切換部Sを通常通流状態に切り換えて、前記燃料ガス生成部Pにて生成された燃料ガスの前記燃料電池Gへの供給を開始するように構成されている。
In the combustion start control, the operation control unit C opens the combustion raw fuel on-off valve V6 in a state where the
In the water vapor replacement control, the operation control unit C opens the battery downstream side open / close valve V4 and the battery bypass circuit open / close valve V5 to switch the flow path switching unit S to the parallel flow state. At the same time, the reforming
In the raw fuel supply start control, the operation control unit C closes the battery upstream side open / close valve V3 and the battery downstream side open / close valve V4, thereby allowing the flow path switching unit S to bypass the battery. The supply of raw fuel gas by the raw fuel supply unit K is started by switching to the state and opening the power generation raw fuel intermittent valve V1.
In the fuel gas supply start control, the operation control unit C opens the battery upstream side open / close valve V3 and the battery downstream side open / close valve V4, and closes the battery bypass circuit open / close valve V5. Thus, the flow path switching unit S is switched to the normal flow state, and the supply of the fuel gas generated by the fuel gas generation unit P to the fuel cell G is started.
前記水蒸気パージ開始用設定温度は、原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度、例えば、例えば220〜250°Cに設定され、前記原燃料供給開始用設定温度は、原燃料ガスの改質処理が可能な温度、例えば、600°Cに設定される。
又、前記迂回処理用設定時間は、原燃料ガスの供給開始後、脱硫部1、改質部2、変成部5及び選択酸化部6夫々における処理が通常状態になって、燃料ガス生成部Pにおける燃料ガスの生成が通常状態になるのに要する時間、例えば、2〜10分に設定される。
The steam purge start set temperature is set to a temperature at which raw fuel gas can be prevented from thermal decomposition and steam can be prevented from condensing, for example, 220 to 250 ° C., and the raw fuel supply start set temperature is The temperature at which the fuel gas can be reformed, for example, 600 ° C. is set.
Further, the detour processing set time is such that after the start of the supply of the raw fuel gas, the processing in each of the
前記運転制御部Cは、前記燃料電池Gにて発電させる通常運転時は、前記燃料電池Gの発電電力を電気負荷に応じて調節するように、原燃料ガスの供給量を調節すべく前記発電用原燃料調節弁V2を制御し、且つ、予め設定されたS/C(改質部2への原燃料ガス供給量に対する水蒸気供給量の比)になるように、改質用水の供給量を調節すべく前記改質用水ポンプ22の回転速度を制御する発電電力調節制御、並びに、前記改質温度センサTrの検出温度が改質処理用設定温度(例えば600〜750°C)になるように、燃焼用原燃料調節弁V7を調節し、且つ、前記改質バーナ3へ設定空気比となる量の燃焼用空気を供給するように、燃焼用送風機13の回転速度を調節する改質温度制御を並行して行う通常運転処理を行うように構成されている。尚、S/Cは、改質部2への原燃料ガス供給量(炭素のモル数)に対する水蒸気供給量(モル数)の比にて、例えば、2.8程度に設定される。
The operation control unit C is configured to adjust the supply amount of the raw fuel gas so as to adjust the generated power of the fuel cell G according to an electric load during normal operation in which the fuel cell G generates power. The raw water control valve V2 is controlled, and the supply amount of reforming water is set so as to be a preset S / C (ratio of the steam supply amount to the raw fuel gas supply amount to the reforming unit 2). The generated power adjustment control for controlling the rotation speed of the reforming
ちなみに、燃料電池Gにおける燃料利用率は予め設定されており、前記発電用原燃料調節弁V2及び前記燃焼用原燃料調節弁V7の制御情報に基づいて、改質バーナ3に供給されるオフガスと原燃料ガスを合わせた燃焼用燃料の量を求めることができる。
従って、運転制御部Cは、現時点の改質バーナ3への燃焼用燃料の供給量(オフガスと原燃料ガスを合わせた量)を求めて、その求めた燃焼用燃料の供給量に対して設定空気比となる量の燃焼用空気を供給するように、前記燃焼用送風機13の回転速度を調節するように構成されている。
Incidentally, the fuel utilization rate in the fuel cell G is set in advance, and the off-gas supplied to the reforming
Therefore, the operation control unit C obtains the current amount of combustion fuel supplied to the reforming burner 3 (a total amount of off-gas and raw fuel gas) and sets it for the obtained amount of combustion fuel supplied. The rotational speed of the
前記運転制御部Cは、停止タイミングになると、前記改質バーナ3の燃焼を停止する燃焼停止制御を実行し、続いて、前記改質温度センサTrにて検出される改質部温度が原燃料パージ開始用設定温度に下がるまでは、前記原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給を停止した状態で前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を継続する降温待機制御を実行し、続いて、前記改質温度センサTrにて検出される改質部温度が原燃料パージ開始用設定温度に下がると、前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給部Kにより原燃料ガスを供給して、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに原燃料を充填する原燃料ガス充填制御を実行する停止時処理を実行するように構成されている。
The operation control unit C executes combustion stop control for stopping combustion of the reforming
前記運転制御部Cは、前記燃焼停止制御では、前記電池上流側開閉弁V3及び前記電池下流側開閉弁V4の開弁状態を維持する状態で、前記電池迂回路開閉弁V5を開弁することにより、前記流路切換部Sを並行通流状態に切り換え、且つ、前記改質用水ポンプ22の作動を継続することにより、前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を継続した状態で、前記発電用原燃料断続弁V1及び前記燃焼用原燃料断続弁V6を閉弁し、且つ、前記燃焼用送風機13を停止させることにより、前記原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給を停止すると共に、前記改質バーナ3の燃焼を停止するように構成されている。
前記運転制御部Cは、前記降温待機制御では、先の燃焼停止制御から、前記流路切換部Sの並行通流状態を継続し、且つ、前記改質用水ポンプ22の作動及び前記発電用原燃料断続弁V1の閉弁状態を継続することにより、前記原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給を停止した状態で前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を継続するように構成されている。
前記運転制御部Cは、前記原燃料ガス充填制御では、先の降温待機制御から、前記流路切換部Sの並行通流状態を継続する状態で、前記改質用水ポンプ22を停止し且つ前記発電用原燃料断続弁V1を開弁することにより、前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給部Kにより原燃料ガスを供給し、続いて、原燃料パージ用設定時間が経過すると、前記発電用原燃料断続弁V1、前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5を閉弁することにより、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに原燃料ガスを充填するように構成されている。
In the combustion stop control, the operation control unit C opens the battery bypass open / close valve V5 while maintaining the open state of the battery upstream open / close valve V3 and the battery downstream open / close valve V4. By switching the flow path switching unit S to a parallel flow state and continuing the operation of the reforming
In the temperature decrease standby control, the operation control unit C continues the parallel flow state of the flow path switching unit S from the previous combustion stop control, and operates the reforming
In the raw fuel gas charging control, the operation control unit C stops the reforming
前記原燃料パージ開始用設定温度は、原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度、例えば、400°Cに設定され、前記原燃料パージ用設定時間は、前記発電用原燃料断続弁V1を開弁して原燃料ガスの供給開始後、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに満たされていた水蒸気が原燃料ガスにより改質バーナ3から押し出されて、原燃料ガスが改質バーナ3に至るまでに要する時間、又は、その時間よりも少し長い時間に設定されている。
The set temperature for starting the raw fuel purge is set to a temperature at which the raw fuel gas can be prevented from being thermally decomposed and water vapor can be prevented from condensing, for example, 400 ° C. The set time for the raw fuel purge is set to After the fuel intermittent valve V1 is opened and the supply of the raw fuel gas is started, the water vapor filled in the fuel gas generator P and the fuel cell G is pushed out of the
次に、図2ないし図5に示すフローチャートに基づいて、前記運転制御部Cの制御動作を説明する。
図2に示すように、前記運転制御部Cは、初期置換処理が実行済みでない場合は、前記試運転指令スイッチ17により試運転が指令されると初期置換処理を実行し、その初期置換処理が実行済みの場合は、起動タイミングになると、起動時処理を実行し、その起動時処理が終了すると、通常運転処理を実行し、停止タイミングになると、停止時処理を実行する(ステップ#1〜8)。
Next, the control operation of the operation control unit C will be described based on the flowcharts shown in FIGS.
As shown in FIG. 2, when the initial replacement process has not been executed, the operation control unit C executes the initial replacement process when the trial operation is instructed by the trial
図3に示すように、前記運転制御部Cは、前記初期置換処理では、前記流路切換部Sを並行通流状態に切り換え、前記イグナイタ15を作動させ且つ前記初期置換用の設定原燃料供給量に対して設定空気比となる量の燃焼用空気を供給する回転速度にて燃焼用送風機13を作動させて、前記改質バーナ3を燃焼用ガスが供給されると燃焼可能な状態にし、続いて、前記発電用原燃料断続弁V1を開弁し、且つ、燃料ガスの供給量が前記初期置換用の設定原燃料供給量になるよう前記発電用原燃料調節弁V2を作動させ、続いて、前記燃焼温度センサTbにて検出される燃焼室温度が前記原燃料パージ終了用設定温度になると、前記発電用原燃料断続弁V1、前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5を閉弁し、並びに、前記燃焼用送風機13を停止させる(ステップ#31〜35)。
As shown in FIG. 3, in the initial replacement process, the operation control unit C switches the flow path switching unit S to a parallel flow state, operates the
図4に示すように、前記運転制御部Cは、前記起動時処理では、前記イグナイタ15を作動させた状態で、前記燃焼用原燃料開閉弁V6を開弁し、前記起動用の設定原燃料供給量になるように前記燃焼用原燃料調節弁V7を調節し、前記起動用の設定原燃料供給量に対して設定空気比となる量の燃焼用空気を供給するように燃焼用送風機13の回転速度を調節することにより、前記改質バーナ3の燃焼を開始し(ステップ#51)、続いて、前記改質温度センサTrにて検出される改質部温度が水蒸気パージ開始用設定温度になると、前記流路切換部Sを並行通流状態に切り換えると共に、前記改質用水ポンプ22を作動させる(ステップ52,53)。
As shown in FIG. 4, in the start-up process, the operation control unit C opens the combustion raw fuel on-off valve V6 in a state where the
続いて、前記改質温度センサTrにて検出される改質部温度が原燃料供給開始用設定温度になると、前記流路切換部Sを電池迂回通流状態に切り換えると共に、前記発電用原燃料断続弁V1を開弁することにより、前記原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給を開始し(ステップ#54,55)、続いて、その原燃料ガスの供給開始後、迂回処理用設定時間が経過すると、前記流路切換部Sを通常通流状態に切り換える(ステップ#56,57)。
Subsequently, when the reforming section temperature detected by the reforming temperature sensor Tr reaches the raw fuel supply start set temperature, the flow path switching section S is switched to the battery bypass flow state and the power generating raw fuel By opening the intermittent valve V1, the supply of the raw fuel gas by the raw fuel supply unit K is started (
図5に示すように、前記運転制御部Cは、前記停止時処理では、前記流路切換部Sを並行通流状態に切り換え、且つ、前記改質用水ポンプ22の作動を継続した状態で、前記発電用原燃料断続弁V1及び前記燃焼用原燃料断続弁V6を閉弁し、且つ、前記燃焼用送風機13を停止させることにより、前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を継続した状態で、前記原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給を停止すると共に、前記改質バーナ3の燃焼を停止する(ステップ#81)。
続いて、前記改質温度センサTrにて検出される改質部温度が原燃料パージ開始用設定温度に下がると、前記改質用水ポンプ22を停止し且つ前記発電用原燃料断続弁V1を開弁することにより、前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給部Kにより原燃料ガスを供給し(ステップ#82,83)、続いて、原燃料ガスの供給開始後、前記原燃料パージ用設定時間が経過すると、前記発電用原燃料断続弁V1、前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5を閉弁する(ステップ#84,85)。
As shown in FIG. 5, the operation control unit C switches the flow path switching unit S to a parallel flow state and continues the operation of the reforming
Subsequently, when the reforming section temperature detected by the reforming temperature sensor Tr falls to the raw fuel purge start set temperature, the reforming
〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態を説明するが、この第2実施形態は、燃料電池発電装置の運転方法の別の実施形態を説明するものであり、燃料電池発電装置の構成は上記の第1実施形態と同様であるので、燃料電池発電装置の構成についての説明を省略し、主として、燃料電池発電装置の運転方法について説明する。
そして、この第2実施形態では、燃料電池発電装置の運転方法において、初期置換処理の別の実施形態を説明するものであり、初期置換処理以外の運転方法は上記の第1実施形態と同様であるので、主として、初期置換処理について説明する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. This second embodiment will explain another embodiment of the operation method of the fuel cell power generator, and the configuration of the fuel cell power generator will be described above. Since it is the same as that of 1st Embodiment, the description about the structure of a fuel cell power generator is abbreviate | omitted, and the driving | running method of a fuel cell power generator is mainly demonstrated.
In the second embodiment, another embodiment of the initial replacement process is described in the operation method of the fuel cell power generation apparatus. The operation method other than the initial replacement process is the same as that of the first embodiment. Therefore, the initial replacement process will be mainly described.
この第2実施形態では、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに窒素ガスが充填されている状態においては、前記起動時処理を行う前に、前記電池迂回通流経路Rbを通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段Kにより原燃料ガスを供給して、前記燃料ガス生成部Pに充填されている窒素ガスを原燃料ガスに置換し、続いて、前記通常通流経路Ru及び前記電池迂回通流経路Rbの両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Kにより原燃料ガスを供給して、前記燃料電池Gに充填されている窒素ガスを原燃料ガスに置換する初期置換処理を実行する。 In the second embodiment, in the state in which the fuel gas generation unit P and the fuel cell G are filled with nitrogen gas, the battery bypass flow path Rb flows before the start-up process is performed. The raw fuel gas is supplied by the raw fuel supply means K, and the nitrogen gas filled in the fuel gas generation part P is replaced with the raw fuel gas. Subsequently, the normal flow path The raw fuel gas is supplied by the raw fuel supply unit K in a state where both Ru and the battery bypass flow path Rb are switched to the flowing state, and the nitrogen gas filled in the fuel cell G is supplied to the raw fuel. An initial replacement process for replacing with gas is performed.
そして、この第2実施形態においても、上述の運転方法を前記運転制御部Cに実行させるように構成されている。
以下、初期置換処理における前記運転制御部Cの制御動作について説明する。
前記運転制御部Cは、前記試運転指令スイッチ17により試運転が指令されると、前記電池上流側開閉弁V3及び前記電池下流側開閉弁V4を閉弁し且つ前記電池迂回路開閉弁V5を開弁することにより、前記流路切換部Sを電池迂回通流状態に切り換えた状態で、且つ、前記イグナイタ15を作動させかつ初期置換用の設定原燃料供給量に対して設定空気比となる量の燃焼用空気を供給する回転速度にて前記燃焼用送風機13を作動させて、前記改質バーナ3を燃焼用ガスが供給されると燃焼可能な状態とし、続いて、前記発電用原燃料断続弁V1を開弁しかつ燃料ガスの供給量が前記初期置換用の設定原燃料供給量になるよう前記発電用原燃料調節弁V2を作動させて、前記原燃料供給部Kにより原燃料ガスを供給し、その原燃料ガスの供給開始後、初期パージ用設定時間が経過すると、前記電池上流側開閉弁V3及び前記電池下流側開閉弁V4を開弁し且つ前記電池迂回路開閉弁V5を閉弁することにより、前記流路切換部Sを通常通流状態に切り換え、続いて、前記燃焼温度センサTbにて検出される燃焼室温度が原燃料パージ終了用設定温度になると、前記発電用原燃料断続弁V1、前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5を閉弁し、燃焼用送風機13を停止させることにより、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されている窒素ガスを原燃料ガスに置換する初期置換処理を実行するように構成されている。
And also in this 2nd Embodiment, it is comprised so that the said driving | operation control part C may perform the above-mentioned driving | running method.
Hereinafter, the control operation of the operation control unit C in the initial replacement process will be described.
When a test operation is instructed by the test
ちなみに、前記初期パージ用設定時間は、前記発電用原燃料断続弁V1を開弁して原燃料ガスの供給開始後、前記燃料ガス生成部Pに満たされていた窒素ガスが原燃料ガスにより前記電池迂回路11に押し流されるのに要する時間、又は、その時間よりも少し長い時間に設定されている。
Incidentally, the setting time for the initial purge is that the nitrogen gas filled in the fuel gas generation part P is caused by the raw fuel gas after opening the power generation raw fuel intermittent valve V1 and starting the supply of the raw fuel gas. The time required to be swept away by the
次に、図6に示すフローチャートに基づいて、初期置換処理における前記運転制御部Cの制御動作を説明する。
前記運転制御部Cは、前記初期置換処理では、前記流路切換部Sを電池迂回通流状態に切り換え、且つ、前記イグナイタ15を作動させ且つ前記燃焼用送風機13を作動させて、前記改質バーナ3を燃焼用ガスが供給されると燃焼可能な状態にし、続いて、前記発電用原燃料断続弁V1を開弁し、且つ、燃料ガスの供給量が前記初期置換用の設定原燃料供給量になるよう前記発電用原燃料調節弁V2を作動させて、原燃料ガスの供給を開始する(ステップ#31a,32a)。
続いて、その原燃料ガスの供給開始後、初期パージ用設定時間が経過すると、前記流路切換部Sを通常通流状態に切り換える(ステップ#33a,34a)。
ちなみに、前記初期パージ用設定時間は、前記発電用原燃料断続弁V1を開弁して原燃料ガスの供給開始後、前記燃料ガス生成部Pに満たされていた窒素ガスが原燃料ガスにより前記電池迂回路11に押し流されるのに要する時間、又は、その時間よりも少し長い時間に設定されている。
このように、原燃料ガスの供給開始後、初期パージ用設定時間が経過した時点で、燃料ガス生成部Pに充填されていた窒素ガスが原燃料ガスに置換される。
Next, a control operation of the operation control unit C in the initial replacement process will be described based on the flowchart shown in FIG.
In the initial replacement process, the operation control unit C switches the flow path switching unit S to a battery bypass flow state, operates the
Subsequently, when the initial purge setting time has elapsed after the start of the supply of the raw fuel gas, the flow path switching unit S is switched to the normal flow state (
Incidentally, the setting time for the initial purge is that the nitrogen gas filled in the fuel gas generation part P is caused by the raw fuel gas after opening the power generation raw fuel intermittent valve V1 and starting the supply of the raw fuel gas. The time required to be swept away by the
As described above, when the initial purge setting time has elapsed after the start of the supply of the raw fuel gas, the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit P is replaced with the raw fuel gas.
続いて、前記燃焼温度センサTbにて検出される燃焼室温度が原燃料パージ終了用設定温度になると、前記発電用原燃料断続弁V1、前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5を閉弁し、続いて、前記燃焼用送風機13を停止させる(ステップ#35a〜37a)。
このように、前記燃焼温度センサTbにて検出される燃焼室温度が原燃料パージ終了用設定温度になると、燃料電池Gに充填されていた窒素ガスが原燃料ガスに置換されて、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに原燃料ガスが充填されることになる。
Subsequently, when the combustion chamber temperature detected by the combustion temperature sensor Tb reaches the raw fuel purge end set temperature, the power generation raw fuel intermittent valve V1, the battery downstream side on-off valve V4, and the battery bypass circuit on-off valve V5 is closed, and then the
Thus, when the combustion chamber temperature detected by the combustion temperature sensor Tb reaches the set temperature for ending the raw fuel purge, the nitrogen gas filled in the fuel cell G is replaced with the raw fuel gas, and the fuel gas The generation unit P and the fuel cell G are filled with the raw fuel gas.
〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態を説明するが、この第3実施形態は、燃料電池発電装置の運転方法の別の実施形態を説明するものであり、燃料電池発電装置の構成は試運転指令スイッチ17を省略した以外は上記の第1実施形態と同様であるので、燃料電池発電装置の構成についての説明を省略し、主として、燃料電池発電装置の運転方法について説明する。
そして、この第3実施形態では、燃料電池発電装置の運転方法において、起動時処理の別の実施形態を説明するものであるので、主として、その起動時処理について説明する。
ちなみに、この第3実施形態では、上記の第1実施形態において行った初期置換処理は行わない。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described. This third embodiment will explain another embodiment of the operation method of the fuel cell power generator, and the configuration of the fuel cell power generator is a test operation command switch. Since it is the same as that of said 1st Embodiment except having omitted 17, the description about the structure of a fuel cell power generator is abbreviate | omitted, and the operating method of a fuel cell power generator is mainly demonstrated.
And in this 3rd Embodiment, since another embodiment of the process at the time of starting is demonstrated in the operating method of a fuel cell power generation device, the process at the time of starting is mainly demonstrated.
Incidentally, in the third embodiment, the initial replacement process performed in the first embodiment is not performed.
この第3実施形態では、上記の第1実施形態と同様に、起動時には、前記改質バーナ3の燃焼を開始して、前記改質部2の温度が原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されている原燃料ガスを水蒸気にて置換し、前記改質部2の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、前記原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給を開始する起動時処理を行う。
In the third embodiment, similarly to the first embodiment, at the time of start-up, combustion of the reforming
そして、前記起動時処理において、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに窒素ガスが充填されている場合には、前記原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給開始後、窒素用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、前記電池迂回通流経路Rbを通流状態に切り換えた状態とし、前記窒素用の迂回処理用設定時間が経過すると前記通常通流経路Ruを通流状態に切り換え、且つ、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに原燃料ガスが充填されている場合には、前記原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給開始後、前記窒素用の迂回処理用設定時間よりも短い原燃料用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、前記電池迂回通流経路Rbを通流状態に切り換えた状態とし、前記原燃料用の迂回処理用設定時間が経過すると前記通常通流経路Ruを通流状態に切り換える。 In the start-up process, when the fuel gas generation unit P and the fuel cell G are filled with nitrogen gas, the supply of raw fuel gas by the raw fuel supply unit K is started, and then the detour for nitrogen is performed. Until the set time for processing elapses, the battery bypass flow path Rb is switched to the flow-through state, and when the set time for detour processing for nitrogen elapses, the normal flow path Ru is switched to the flow-through state. When the fuel gas generation unit P and the fuel cell G are filled with the raw fuel gas, the supply of the raw fuel gas by the raw fuel supply unit K is started, and then the detour processing for nitrogen is performed. Until the detour processing set time for raw fuel shorter than the set time elapses, the battery detour flow path Rb is switched to the flow through state, and when the raw fuel detour processing set time elapses. Normal flow Switching the road Ru in flowing state.
そして、この第3実施形態においても、上述の運転方法を前記運転制御部Cに実行させるように構成されている。
以下、起動時処理における前記運転制御部Cの制御動作について説明する。
この燃料電池発電装置が設置されたときは、前記発電用原燃料断続弁V1、前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5が閉弁され、且つ、前記電池上流側開閉弁V3が開弁された状態で、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに窒素ガスが充填されている。
そして、前記運転制御部Cは、燃料電池発電装置が設置された後、最初の起動タイミングになると、最初の起動時処理を実行するように構成されている。
この最初の起動時処理が実行されて、燃料電池発電装置が運転されると、その停止時には、停止時処理が実行されるので、2回目以降の起動タイミングでは、前記発電用原燃料断続弁V1、前記電池下流側開閉弁V4及び前記電池迂回路開閉弁V5が閉弁され、且つ、前記電池上流側開閉弁V3が開弁された状態で、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに原燃料ガスが充填されている。
そして、前記運転制御部Cは、2回目以降の起動タイミングになると、通常の起動時処理を実行するように構成されている。
And also in this 3rd Embodiment, it is comprised so that the said operation method may be performed by the said operation control part C. FIG.
Hereinafter, the control operation of the operation control unit C in the startup process will be described.
When this fuel cell power generator is installed, the power generation raw fuel intermittent valve V1, the battery downstream side on-off valve V4, and the battery bypass circuit on-off valve V5 are closed, and the battery upstream side on-off valve V3. Is opened, the fuel gas generator P and the fuel cell G are filled with nitrogen gas.
And the said operation control part C is comprised so that it may perform the process at the time of the first start, if it becomes the first start timing after a fuel cell power generator is installed.
When this first startup process is executed and the fuel cell power generator is operated, the stop process is executed when the fuel cell power generator is stopped. Therefore, at the second and subsequent startup timings, the power generation raw fuel intermittent valve V1 is used. The fuel gas generating part P and the fuel cell G are opened with the battery downstream side open / close valve V4 and the battery bypass open / close valve V5 closed and the battery upstream side open / close valve V3 opened. The raw fuel gas is filled.
And the said operation control part C is comprised so that it may perform a normal process at the time of the starting timing after the 2nd time.
以下、前記最初の起動時処理、及び、通常の起動時処理について説明を加える。
前記運転制御部Cは、最初の起動時処理では、前記排水用開閉弁30を開弁し、続いて、前記改質バーナ3の燃焼を開始する燃焼開始制御を実行し、続いて、前記改質温度センサTrにて検出される改質部温度が水蒸気パージ開始用設定温度になると、前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されている原燃料ガスを水蒸気にて置換する水蒸気置換制御を実行し、続いて、前記改質温度センサTrにて検出される改質部温度が原燃料供給開始用設定温度になると、前記流路切換部Sを電池迂回通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給を開始する原燃料供給開始制御を実行し、続いて、その原燃料ガスの供給開始後、窒素用の迂回処理用設定時間が経過すると、前記流路切換部Sを通常通流状態に切り換えて、前記燃料ガス生成部Pにて生成された燃料ガスの前記燃料電池Gへの供給を開始する燃料ガス供給開始制御を実行し、続いて、前記排水用開閉弁30を閉弁する。
Hereinafter, the first startup process and the normal startup process will be described.
In the initial startup process, the operation control unit C opens the drainage on-off
この最初の起動時処理が実行される間は、前記排水用開閉弁30が開弁されて、凝縮水が改質用水タンク20に回収されることなく廃棄されるので、アンモニアが溶解している虞がある凝縮水が改質用水タンク20に回収されるのを回避することができる。
そして、アンモニアが溶解している虞がある凝縮水が改質用水タンク20に回収されるのを回避することにより、水処理部23のイオン負荷が大きくなるのを抑制することができるので、水処理部23の寿命を延ばすことができる。
During this initial startup process, the drain on-off
And since it can suppress that the ion load of the
前記運転制御部Cは、通常の起動時処理では、前記改質バーナ3の燃焼を開始する燃焼開始制御を実行し、続いて、前記改質温度センサTrにて検出される改質部温度が水蒸気パージ開始用設定温度になると、前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されている原燃料ガスを水蒸気にて置換する水蒸気置換制御を実行し、続いて、前記改質温度センサTrにて検出される改質部温度が原燃料供給開始用設定温度になると、前記流路切換部Sを電池迂回通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給を開始する原燃料供給開始制御を実行し、続いて、その原燃料ガスの供給開始後、原燃料用の迂回処理用設定時間が経過すると、前記流路切換部Sを通常通流状態に切り換えて、前記燃料ガス生成部Pにて生成された燃料ガスの前記燃料電池Gへの供給を開始する燃料ガス供給開始制御を実行する。
In the normal start-up process, the operation control unit C performs combustion start control for starting combustion of the reforming
最初の起動時処理及び通常の起動時処理夫々における燃焼開始制御、水蒸気置換制御、原燃料供給開始制御及び燃料ガス供給開始制御夫々の運転制御部Cの制御動作は、上記の第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。 The control operations of the operation control unit C of the combustion start control, the steam replacement control, the raw fuel supply start control, and the fuel gas supply start control in the initial start-up process and the normal start-up process are the same as those in the first embodiment. Since it is the same, description is abbreviate | omitted.
この第3実施形態では、前記原燃料用の迂回処理用設定時間は、例えば、2〜10分の範囲に設定され、前記窒素用の迂回処理用設定時間は、前記原燃料用の迂回処理用設定時間の1.5倍、例えば、3〜15分の範囲に設定される。 In the third embodiment, the setting time for the bypass processing for the raw fuel is set, for example, in a range of 2 to 10 minutes, and the setting time for the bypass processing for the nitrogen is set for the bypass processing for the raw fuel. It is set to 1.5 times the set time, for example, in the range of 3 to 15 minutes.
次に、図7及び図8に示すフローチャートに基づいて、前記運転制御部Cの制御動作を説明する。
図7に示すように、前記運転制御部Cは、起動タイミングになると、その起動タイミングが最初の起動タイミングか否かを判別し、最初の起動タイミングである場合は、最初の起動時処理を実行し、2回目以降の起動タイミングである場合は、通常の起動時処理を実行し、その最初の起動時処理又は通常の起動時処理が終了すると、通常運転処理を実行し、停止タイミングになると、停止時処理を実行する(ステップ#101〜107)。
Next, the control operation of the operation control unit C will be described based on the flowcharts shown in FIGS.
As shown in FIG. 7, when the start timing comes, the operation control unit C determines whether or not the start timing is the first start timing, and if it is the first start timing, executes the first start-up process. And, if it is the second and subsequent startup timing, the normal startup process is executed, and when the first startup process or the normal startup process is completed, the normal operation process is executed, and when the stop timing is reached, The stop process is executed (steps # 101 to 107).
図8に示すように、最初の起動時処理についてのフローチャートは、排水用開閉弁30を閉弁するステップ#50が追加された点、ステップ#56の処理が窒素用の迂回処理用設定時間が経過したか否かを判別する点、及び、排水用開閉弁30を閉弁するステップ#58が追加された点で異なる以外は、上記の第1実施形態において説明した図4に示すフローチャートと同様であるので、説明を省略する。
尚、通常の起動時処理についてのフローチャートについては、ステップ#56の処理が原燃料用の迂回処理用設定時間が経過したか否かを判別する点で異なる以外は、上記の第1実施形態において説明した図4に示すフローチャートと同様であるので、図示及び説明を省略する。
As shown in FIG. 8, the flowchart for the initial startup process is that
The flowchart for the normal startup process is the same as that in the first embodiment except that the process of
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
(イ) 上記の第1実施形態において、初期置換処理では、前記通常通流経路Ru及び前記電池迂回通流経路Rbの両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Kにより原燃料ガスを供給する場合について例示したが、前記通常通流経路Ruを通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Kにより原燃料ガスを供給するようにしても良い。
又、上記の第2実施形態において、初期置換処理では、前記電池迂回通流経路Rbを通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段Kにより原燃料ガスを供給して、前記燃料ガス生成部Pに充填されている窒素ガスを原燃料ガスに置換し、続いて、前記通常通流経路Ru及び前記電池迂回通流経路Rbの両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Kにより原燃料ガスを供給する場合について例示したが、前記電池迂回通流経路Rbを通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段Kにより原燃料ガスを供給して、前記燃料ガス生成部Pに充填されている窒素ガスを原燃料ガスに置換し、続いて、前記通常通流経路Ruを通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給部Kにより原燃料ガスを供給するようにしても良い。
[Another embodiment]
Next, another embodiment will be described.
(A) In the first embodiment, in the initial replacement process, the raw fuel supply unit K performs the raw fuel supply in a state where both the normal flow path Ru and the battery bypass flow path Rb are switched to the flow state. Although the case where fuel gas is supplied has been exemplified, the raw fuel gas may be supplied by the raw fuel supply unit K in a state where the normal flow path Ru is switched to the flow state.
In the second embodiment, in the initial replacement process, the raw fuel gas is supplied by the raw fuel supply means K while the battery bypass flow path Rb is switched to the flow state, and the fuel gas is supplied. Nitrogen gas filled in the generation part P is replaced with raw fuel gas, and then the raw fuel is changed in a state where both the normal flow path Ru and the battery bypass flow path Rb are switched to the flow state. Although the case where the raw fuel gas is supplied by the supply unit K is illustrated, the raw fuel gas is supplied by the raw fuel supply means K in the state where the battery bypass flow path Rb is switched to the flow state, and the fuel is supplied. Nitrogen gas filled in the gas generating unit P is replaced with raw fuel gas, and then the raw fuel gas is supplied by the raw fuel supply unit K in a state where the normal flow path Ru is switched to the flow state. You may make it do.
(ロ) 上記の第1及び第2の各実施形態においては、初期置換処理の終了の判断を、燃焼温度センサTbにて検出される燃焼室温度が原燃料パージ終了用設定温度になることに基づいて行う場合について例示したが、初期置換処理の開始後の経過時間が原燃料パージ終了用設定時間になることに基づいて、あるいは、初期置換処理の開始後の原燃料ガスの積算供給量が原燃料パージ終了用設定供給量になることに基づいて行うように構成しても良い。
前記原燃料パージ終了用設定時間及び前記供給量が原燃料パージ終了用設定供給量は、は、原燃料供給部Kにより原燃料ガスの供給を開始した後、前記燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されている窒素ガスが原燃料ガスにより押し流されて改質バーナ3から排出されて、原燃料ガスが改質バーナ3に供給される状態になることに対応して設定する。
つまり、燃料ガス生成部P及び前記燃料電池Gに充填されていた窒素ガスと置換された原燃料ガスが前記改質バーナ3にて燃焼する状態となると、初期置換処理を終了することになる。
(B) In each of the first and second embodiments, the end of the initial replacement process is determined based on the fact that the combustion chamber temperature detected by the combustion temperature sensor Tb becomes the raw fuel purge end set temperature. However, the accumulated supply amount of the raw fuel gas after the start of the initial replacement process is determined based on the fact that the elapsed time after the start of the initial replacement process becomes the set time for the end of the raw fuel purge. It may be configured to perform based on the set supply amount for the end of the raw fuel purge.
The set time for the end of the raw fuel purge and the set supply amount for the end of the raw fuel purge are determined after the start of the supply of the raw fuel gas by the raw fuel supply unit K, and then the fuel gas generation unit P and the fuel It is set corresponding to the state in which the nitrogen gas filled in the battery G is swept away by the raw fuel gas and discharged from the reforming
In other words, when the raw fuel gas replaced with the nitrogen gas filled in the fuel gas generation part P and the fuel cell G is burned in the reforming
(ハ) 上記の第1及び第2の各実施形態においては、試運転指令スイッチ17による指令により、運転制御部Cに初期置換処理を実行させる場合について例示したが、最初の起動タイミングになったときに、運転制御部Cに、起動時処理を実行する前に初期置換処理を自動的に実行させるように構成しても良い。
(C) In each of the first and second embodiments described above, the case where the operation control unit C is caused to execute the initial replacement process by the command from the test
(ニ) 上記第1ないし第3の各実施形態において、停止時処理では、前記改質部2の温度が原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給を継続する場合について例示したが、前記原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給及び前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給の両方を継続するように構成しても良い。
運転制御部Cに停止時処理を実行させる場合、停止時処理における燃焼停止制御では、発電用原燃料断続弁V1の開弁状態を継続し、降温待機制御では、先の燃焼停止制御から、発電用原燃料断続弁V1の開弁状態を継続することにより、改質温度センサTrにて検出される改質部温度が原燃料パージ開始用設定温度に下がるまでは、原燃料供給部Kによる原燃料ガスの供給及び前記水蒸気生成部Bによる水蒸気の供給の両方を継続することになる。
(D) In each of the first to third embodiments, in the stop process, until the temperature of the reforming
When the operation control unit C is to execute the stop process, in the combustion stop control in the stop process, the open state of the power generation raw fuel intermittent valve V1 is continued, and in the temperature decrease standby control, the power generation from the previous combustion stop control is performed. By continuing the open state of the raw fuel intermittent valve V1, the raw fuel supply section K performs the raw fuel supply until the reforming section temperature detected by the reforming temperature sensor Tr falls to the raw fuel purge starting set temperature. Both the supply of fuel gas and the supply of water vapor by the water vapor generation unit B are continued.
(ホ) 窒素用の迂回処理用設定時間の具体的な設定例は、上記の第3実施形態において例示した原燃料用の迂回処理用設定時間の1.5倍に設定する場合に限定されるものではなく、原燃料用の迂回処理用設定時間よりも長くする条件で変更可能である。但し、短すぎると、窒素ガスが確実に排出されない虞があり、又、長過ぎると、原燃料ガスの無駄となるので、原燃料用の迂回処理用設定時間の1.3倍〜2倍程度が好ましい。 (E) A specific setting example of the detour processing setting time for nitrogen is limited to a case where the setting time is set to 1.5 times the setting time for detour processing for raw fuel exemplified in the third embodiment. It can be changed under the condition that it is longer than the set time for the bypass processing for raw fuel. However, if it is too short, the nitrogen gas may not be discharged reliably. If it is too long, the raw fuel gas will be wasted, so that it is about 1.3 to 2 times the detour processing set time for raw fuel. Is preferred.
(ヘ) 上記の第1〜第3の各実施形態においては、燃料ガス生成部Pに変成部5及び選択酸化部6を備えさせる場合について例示したが、高分子型の燃料電池ほどは燃料ガス中の一酸化炭素濃度の低いことが要求されない場合は、選択酸化部6を省略したり、変成部5及び選択酸化部6を省略することが可能である。
(F) In each of the first to third embodiments described above, the fuel gas generation unit P is illustrated as being provided with the
(ト) 炭化水素系の原燃料としては、上記の実施形態において例示した天然ガスベースの都市ガス(13A)に限定されるものではなく、プロパンガス、メタノール等のアルコール類等、種々のものを用いることができる。 (G) The hydrocarbon-based raw fuel is not limited to the natural gas-based city gas (13A) exemplified in the above embodiment, and various kinds of fuels such as alcohols such as propane gas and methanol are used. Can be used.
1 脱硫部
2 改質部
3 改質バーナ
B 水蒸気生成部
G 燃料電池
K 原燃料供給手段
P 燃料ガス生成部
Rb 電池迂回通流経路
Ru 通常通流経路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
その燃料ガス生成部から燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、
供給される改質用水を加熱して生成した改質処理用の水蒸気を前記脱硫部から前記改質部に供給される原燃料に混合する水蒸気生成部と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池に供給し且つその燃料電池から発電に使用された後に排出される排燃料ガスを前記改質バーナに供給する通常通流経路と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池を迂回して前記改質バーナに供給する電池迂回通流経路とが設けられた燃料電池発電装置において、
停止時には、前記改質バーナの燃焼を停止し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、前記原燃料供給手段による原燃料の供給及び前記水蒸気生成部による水蒸気の供給のうち少なくとも前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を継続し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に原燃料を充填する停止時処理を行い、
起動時には、前記改質バーナの燃焼を開始して、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換し、前記改質部の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、前記原燃料供給手段による原燃料の供給を開始する起動時処理を行う燃料電池発電装置の運転方法であって、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、前記起動時処理を行う前に、前記通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、前記通常通流経路及び前記電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換する初期置換処理を実行する燃料電池発電装置の運転方法。 A desulfurization section that desulfurizes hydrocarbon-based raw fuel supplied from the raw fuel supply means, and a desulfurization raw fuel supplied from the desulfurization section is reformed mainly with hydrogen gas by steam while being heated by a reforming burner A fuel gas generation unit that includes a reforming unit that performs a reforming process on the processing gas, and that generates a fuel gas mainly composed of hydrogen gas;
A fuel cell that is supplied with fuel gas from the fuel gas generator and generates power;
A steam generation unit that mixes reforming steam generated by heating the supplied reforming water with the raw fuel supplied from the desulfurization unit to the reforming unit;
A normal flow path for supplying the fuel gas generated in the fuel gas generation unit to the fuel cell and supplying exhaust fuel gas discharged from the fuel cell after being used for power generation to the reforming burner;
In the fuel cell power generation apparatus provided with a battery bypass flow path that bypasses the fuel cell and supplies the fuel gas generated in the fuel gas generator to the reforming burner,
When stopping, the combustion of the reforming burner is stopped, and until the temperature of the reforming section falls to a temperature at which the raw fuel can be prevented from thermal decomposition and water vapor condensation can be prevented, Among the supply and the supply of steam by the steam generation unit, at least the supply of steam by the steam generation unit is continued, and the temperature of the reforming unit is lowered to a temperature at which the raw fuel can be prevented from being thermally decomposed and the steam can be prevented from condensing. And stopping the supply of water vapor by the water vapor generation unit and supplying the raw fuel by the raw fuel supply means, and performing a process at the time of filling the fuel gas generation unit and the fuel cell with the raw fuel,
At the time of start-up, combustion of the reforming burner is started, and when the temperature of the reforming unit rises to a temperature at which the raw fuel can be prevented from thermal decomposition and steam condensation can be prevented, steam supply by the steam generating unit When the raw fuel filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is replaced with water vapor, and the temperature of the reforming unit is raised to a temperature capable of reforming, the raw fuel supply is started. An operation method of a fuel cell power generation device that performs a start-up process for starting supply of raw fuel by means,
In a state in which the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas, the normal flow path is switched to the normal flow state before the start-up process, or the normal flow is performed. The raw fuel is supplied by the raw fuel supply means in a state in which both the path and the battery bypass flow path are switched to the flowing state, and the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is supplied. A method of operating a fuel cell power generation apparatus that performs an initial replacement process for replacing with raw fuel.
その燃料ガス生成部から燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、
供給される改質用水を加熱して生成した改質処理用の水蒸気を前記脱硫部から前記改質部に供給される原燃料に混合する水蒸気生成部と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池に供給し且つその燃料電池から発電に使用された後に排出される排燃料ガスを前記改質バーナに供給する通常通流経路と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池を迂回して前記改質バーナに供給する電池迂回通流経路とが設けられた燃料電池発電装置において、
停止時には、前記改質バーナの燃焼を停止し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、前記原燃料供給手段による原燃料の供給及び前記水蒸気生成部による水蒸気の供給のうち少なくとも前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を継続し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に原燃料を充填する停止時処理を行い、
起動時には、前記改質バーナの燃焼を開始して、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換し、前記改質部の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、前記原燃料供給手段による原燃料の供給を開始する起動時処理を行う燃料電池発電装置の運転方法であって、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に窒素ガスが充填されている状態においては、前記起動時処理を行う前に、前記電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部に充填されている窒素ガスを原燃料に置換し、続いて、前記通常通流経路を通流状態に切り換えた状態、又は、前記通常通流経路及び前記電池迂回通流経路の両方を通流状態に切り換えた状態で、前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料電池に充填されている窒素ガスを原燃料に置換する初期置換処理を実行する燃料電池発電装置の運転方法。 A desulfurization section that desulfurizes hydrocarbon-based raw fuel supplied from the raw fuel supply means, and a desulfurization raw fuel supplied from the desulfurization section is reformed mainly with hydrogen gas by steam while being heated by a reforming burner A fuel gas generation unit that includes a reforming unit that performs a reforming process on the processing gas, and that generates a fuel gas mainly composed of hydrogen gas;
A fuel cell that is supplied with fuel gas from the fuel gas generator and generates power;
A steam generation unit that mixes reforming steam generated by heating the supplied reforming water with the raw fuel supplied from the desulfurization unit to the reforming unit;
A normal flow path for supplying the fuel gas generated in the fuel gas generation unit to the fuel cell and supplying exhaust fuel gas discharged from the fuel cell after being used for power generation to the reforming burner;
In the fuel cell power generation apparatus provided with a battery bypass flow path that bypasses the fuel cell and supplies the fuel gas generated in the fuel gas generator to the reforming burner,
When stopping, the combustion of the reforming burner is stopped, and until the temperature of the reforming section falls to a temperature at which the raw fuel can be prevented from thermal decomposition and water vapor condensation can be prevented, Among the supply and the supply of steam by the steam generation unit, at least the supply of steam by the steam generation unit is continued, and the temperature of the reforming unit is lowered to a temperature at which the raw fuel can be prevented from being thermally decomposed and the steam can be prevented from condensing. And stopping the supply of water vapor by the water vapor generation unit and supplying the raw fuel by the raw fuel supply means, and performing a process at the time of filling the fuel gas generation unit and the fuel cell with the raw fuel,
At the time of start-up, combustion of the reforming burner is started, and when the temperature of the reforming unit rises to a temperature at which the raw fuel can be prevented from thermal decomposition and steam condensation can be prevented, steam supply by the steam generating unit When the raw fuel filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is replaced with water vapor, and the temperature of the reforming unit is raised to a temperature capable of reforming, the raw fuel supply is started. An operation method of a fuel cell power generation device that performs a start-up process for starting supply of raw fuel by means,
In a state in which the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas, the raw fuel supply is performed in a state in which the battery bypass flow path is switched to a flow state before the start-up process is performed. The raw fuel is supplied by the means, and the nitrogen gas filled in the fuel gas generation unit is replaced with the raw fuel, and then the state in which the normal flow path is switched to the flow state or the normal flow is obtained. The raw fuel is supplied by the raw fuel supply means in a state where both the flow path and the battery bypass flow path are switched to the flowing state, and the nitrogen gas filled in the fuel cell is replaced with the raw fuel. A method of operating a fuel cell power generator that performs an initial replacement process.
その燃料ガス生成部から燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、
供給される改質用水を加熱して生成した改質処理用の水蒸気を前記脱硫部から前記改質部に供給される原燃料に混合する水蒸気生成部と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池に供給し且つその燃料電池から発電に使用された後に排出される排燃料ガスを前記改質バーナに供給する通常通流経路と、
前記燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを前記燃料電池を迂回して前記改質バーナに供給する電池迂回通流経路とが設けられた燃料電池発電装置において、
停止時には、前記改質バーナの燃焼を停止し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がるまでは、前記原燃料供給手段による原燃料の供給及び前記水蒸気生成部による水蒸気の供給のうち少なくとも前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を継続し、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に下がると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を停止し且つ前記原燃料供給手段により原燃料を供給して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に原燃料を充填する停止時処理を行い、
起動時には、前記改質バーナの燃焼を開始して、前記改質部の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度に昇温すると、前記水蒸気生成部による水蒸気の供給を開始して、前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に充填されている原燃料を水蒸気にて置換し、前記改質部の温度が改質処理可能な温度に昇温すると、前記原燃料供給手段による原燃料の供給を開始する起動時処理を行う燃料電池発電装置の運転方法であって、
前記起動時処理において、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に窒素ガスが充填されている場合には、前記原燃料供給手段による原燃料の供給開始後、窒素用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、前記電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態とし、前記窒素用の迂回処理用設定時間が経過すると前記通常通流経路を通流状態に切り換え、且つ、
前記燃料ガス生成部及び前記燃料電池に原燃料が充填されている場合には、前記原燃料供給手段による原燃料の供給開始後、前記窒素用の迂回処理用設定時間よりも短い原燃料用の迂回処理用設定時間が経過するまでは、前記電池迂回通流経路を通流状態に切り換えた状態とし、前記原燃料用の迂回処理用設定時間が経過すると前記通常通流経路を通流状態に切り換える燃料電池発電装置の運転方法。 A desulfurization section that desulfurizes hydrocarbon-based raw fuel supplied from the raw fuel supply means, and a desulfurization raw fuel supplied from the desulfurization section is reformed mainly with hydrogen gas by steam while being heated by a reforming burner A fuel gas generation unit that includes a reforming unit that performs a reforming process on the processing gas, and that generates a fuel gas mainly composed of hydrogen gas;
A fuel cell that is supplied with fuel gas from the fuel gas generator and generates power;
A steam generation unit that mixes reforming steam generated by heating the supplied reforming water with the raw fuel supplied from the desulfurization unit to the reforming unit;
A normal flow path for supplying the fuel gas generated in the fuel gas generation unit to the fuel cell and supplying exhaust fuel gas discharged from the fuel cell after being used for power generation to the reforming burner;
In the fuel cell power generation apparatus provided with a battery bypass flow path that bypasses the fuel cell and supplies the fuel gas generated in the fuel gas generator to the reforming burner,
When stopping, the combustion of the reforming burner is stopped, and until the temperature of the reforming section falls to a temperature at which the raw fuel can be prevented from thermal decomposition and water vapor condensation can be prevented, Among the supply and the supply of steam by the steam generation unit, at least the supply of steam by the steam generation unit is continued, and the temperature of the reforming unit is lowered to a temperature at which the raw fuel can be prevented from being thermally decomposed and the steam can be prevented from condensing. And stopping the supply of water vapor by the water vapor generation unit and supplying the raw fuel by the raw fuel supply means, and performing a process at the time of filling the fuel gas generation unit and the fuel cell with the raw fuel,
At the time of start-up, combustion of the reforming burner is started, and when the temperature of the reforming unit rises to a temperature at which the raw fuel can be prevented from thermal decomposition and steam condensation can be prevented, steam supply by the steam generating unit When the raw fuel filled in the fuel gas generation unit and the fuel cell is replaced with water vapor, and the temperature of the reforming unit is raised to a temperature capable of reforming, the raw fuel supply is started. An operation method of a fuel cell power generation device that performs a start-up process for starting supply of raw fuel by means,
In the startup process,
When the fuel gas generating unit and the fuel cell are filled with nitrogen gas, after the start of the supply of raw fuel by the raw fuel supply means, until the set time for detour processing for nitrogen elapses, the battery A state in which the bypass flow path is switched to a flow state, and when the set time for the bypass process for nitrogen elapses, the normal flow path is switched to a flow state; and
When the fuel gas generation unit and the fuel cell are filled with raw fuel, after the raw fuel supply by the raw fuel supply means is started, the raw fuel for the raw fuel is shorter than the detour processing set time for nitrogen. The battery bypass flow path is switched to the flow state until the detour processing set time elapses, and the normal flow path is switched to the flow state when the raw fuel detour processing set time elapses. Operation method of the fuel cell power generator to be switched.
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