JP2008300304A - Fuel cell power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、燃料電池発電システムに関し、特に、改質器バーナを有する燃料処理装置を備えた燃料電池発電システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell power generation system, and more particularly to a fuel cell power generation system including a fuel processing device having a reformer burner.
外部から供給される都市ガスやLPG(液化天然ガス)に代表される炭化水素系燃料を水素リッチなガスに改質させる燃料処理装置、および、燃料処理装置で得られた水素リッチなガスと酸素とを反応させ直流電力を作る燃料電池本体を含む燃料電池発電システムが知られている。このシステムにおいて、燃料電池本体のアノード極からは燃料電池本体内部で消費されなかった残余の燃料ガス(オフガス)が排出される。そのオフガスは、燃料処理装置内にある改質器の反応熱供給用の熱供給手段として備えられている改質器バーナに供給され、外部から供給される空気とにより燃焼が行われる。 A fuel processing device for reforming a hydrocarbon-based fuel represented by city gas or LPG (liquefied natural gas) supplied from the outside into a hydrogen-rich gas, and a hydrogen-rich gas and oxygen obtained by the fuel processing device There is known a fuel cell power generation system including a fuel cell main body that generates a DC power by reacting with. In this system, the remaining fuel gas (off gas) that has not been consumed inside the fuel cell body is discharged from the anode electrode of the fuel cell body. The off gas is supplied to a reformer burner provided as heat supply means for supplying reaction heat of the reformer in the fuel processing apparatus, and is combusted by air supplied from the outside.
当該オフガスは燃料電池本体の電気化学反応により生成される水を主とした水分を含んでいるが、その水分が改質器バーナでの燃焼性を悪化させる要因となる。そのため、燃料電池本体のアノード極と改質器バーナの間に水分を除去するための装置、および、除去された水分(凝縮水)を水分除去装置から排出するための装置が必要となっていた(特許文献1および特許文献2参照)。
従来の燃料電池発電システムにおいては、システムの簡素化、コンパクト化およびコストダウン実現のためにつぎのような課題があった。すなわち、従来の燃料電池発電システムにおいては、アノード極から排出されるオフガスは燃料電池本体から下り勾配でアノード極−凝縮水タンク配管により凝縮水タンクに供給される。凝縮水タンクは熱交換部を備え、オフガス中に含まれる水分を凝縮させる。凝縮水は水分除去装置によりタンクに排出される。水分を除去されたオフガスは凝縮水タンクから上り勾配で凝縮水タンク−改質器バーナ配管により改質器バーナに供給される。また、前記熱交換部に冷媒を供給する手段として冷媒ポンプと冷媒供給路が備えられる。 The conventional fuel cell power generation system has the following problems in order to simplify the system, make it compact, and realize cost reduction. That is, in the conventional fuel cell power generation system, the off-gas discharged from the anode electrode is supplied to the condensed water tank through the anode electrode-condensed water tank pipe in a descending gradient from the fuel cell body. The condensed water tank is provided with a heat exchanging unit and condenses moisture contained in the offgas. Condensed water is discharged into the tank by a moisture removing device. The off gas from which moisture has been removed is supplied to the reformer burner from the condensate water tank in an ascending gradient through a condensate water tank-reformer burner pipe. In addition, a refrigerant pump and a refrigerant supply path are provided as means for supplying the refrigerant to the heat exchange unit.
このような構成のシステムにおいては付帯機器が多く、また、熱交換部の冷媒供給量の制御などシステムが煩雑となってしまう。また、付帯機器の設置スペース確保、配管の勾配確保のためにパッケージのコンパクト化の面でも問題があった。さらに、部品点数が多い中で、オフガス流通路については可燃ガスに対する規制のためにステンレス鋼製としなければならず、コストアップの要因となっている。 In the system having such a configuration, there are many auxiliary devices, and the system becomes complicated, such as control of the amount of refrigerant supplied to the heat exchange unit. In addition, there was a problem in terms of downsizing the package in order to secure the installation space for the incidental equipment and the slope of the piping. Furthermore, with a large number of parts, the off-gas flow passage must be made of stainless steel due to restrictions on combustible gas, which increases costs.
本発明は上記課題を解決するものであって、燃料電池本体から排出されるオフガス中の水分が改質器バーナに流入する量を低減するための簡素で安価な構成を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problem, and an object thereof is to provide a simple and inexpensive configuration for reducing the amount of moisture in the off-gas discharged from the fuel cell main body flowing into the reformer burner. To do.
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池発電システムは、改質器バーナを有して炭化水素系燃料を水素リッチなガスに改質させる燃料処理装置と、アノード極およびカソード極を有し、酸素と前記燃料処理装置で得られた水素リッチなガスとを反応させて直流電力を作る燃料電池本体と、前記アノード極から排出されるオフガスを上り勾配で前記改質器バーナに直接導くオフガス供給路と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell power generation system according to the present invention comprises a fuel treatment device having a reformer burner for reforming a hydrocarbon-based fuel into a hydrogen-rich gas, an anode electrode and a cathode electrode. A fuel cell main body that generates direct-current power by reacting oxygen and the hydrogen-rich gas obtained in the fuel processing apparatus, and off-gas discharged from the anode electrode directly to the reformer burner in an upward gradient. And an off-gas supply path for guiding.
本発明によれば、燃料電池本体から排出されるオフガス中の水分が改質器バーナに流入する量を、簡素で安価な構成によって低減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the quantity in which the water | moisture content in the off gas discharged | emitted from a fuel cell main body flows in into a reformer burner can be reduced with a simple and cheap structure.
図1および図2を用いて本発明に係る燃料電池発電システムの一実施形態を説明する。図1は本発明に係る燃料電池発電システムの一実施形態の構成を示すブロック系統図であり、図2は図1の燃料電池発電システムにおける燃料電池本体の燃料電池スタックの断面の一部を示す断面図である。 An embodiment of a fuel cell power generation system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a block system diagram showing a configuration of an embodiment of a fuel cell power generation system according to the present invention, and FIG. 2 shows a part of a cross section of a fuel cell stack of a fuel cell main body in the fuel cell power generation system of FIG. It is sectional drawing.
燃料電池本体1は、図2に示すような、単位電池21を複数段に積み重ねた燃料電池スタックで構成されている。単位電池21は、膜電極複合体(MEA)28と、これをはさんで配置されるアノードセパレータ25およびカソードセパレータ26とからなる。膜電極複合体28は、中央に配置された固体高分子膜22と、これをはさむアノード触媒層23aおよびカソード触媒層24aとからなり、その内部にアノード極23およびカソード極24が形成されている。
The fuel cell main body 1 is composed of a fuel cell stack in which
アノードセパレータ25のアノード極23に接する部分に燃料ガス流通路23cが形成されている。また、カソードセパレータ26のカソード極24に接する部分に酸化剤ガス流通路24cが形成されている。さらに、カソードセパレータ26のアノードセパレータ25に隣接する部分には電池内冷却水流通路27cが形成されている。アノードセパレータ25およびカソードセパレータ26は多孔質体からできている。
A fuel
燃料ガス流通路23cには、燃料処理装置2(図1参照)で処理された水素を含む燃料ガスが供給される。また、酸化剤ガス流通路24cには空気などの酸化剤ガスが供給される。
A fuel gas containing hydrogen processed by the fuel processing device 2 (see FIG. 1) is supplied to the fuel
また、電池内冷却水流通路27cには、図1に示す冷却水流通路7を通して冷却水が供給され、この冷却水を循環することにより燃料電池本体1の冷却が行なわれる。冷却水流通路7は冷却水ポンプ6およびタンク4を経て循環するように構成されている。ここで、電池内冷却水流通路27cの下流側の冷却水流通路7に冷却水ポンプ6が配置され、電池内冷却水流通路27c内の圧力が負圧に保たれている。
Further, the cooling
アノード極23より排出されるオフガスはアノード極23から、直接上り勾配でオフガス供給路8により改質器バーナ3に供給される。
The off gas discharged from the
アノード極23と改質器バーナ3の間で発生した凝縮水は、重力によってオフガス供給路8を逆流してアノード極23に流れ落ちる。アノード極23に流れ込んだ凝縮水は燃料電池本体1内の多孔質材料11を介して負圧状態となっている電池内冷却水流通路27cへ流れ、さらに冷却水流通路7へ流れることにより電池本体1から取り除かれる。
Condensed water generated between the
具体的には、正圧である燃料ガス流通路23c内の凝縮水が多孔質材料で構成されるアノードセパレータ25を介し燃料ガス流通路23cと隣り合う電池内冷却水流通路27c内へ取り除かれる。
Specifically, the condensed water in the fuel
上記の構成をとることにより、凝縮水排出のための凝縮水タンクなどの付帯設備を用いることなく、改質器バーナ3での燃焼性を良好に保つことができる。その結果、燃料電池発電システムにおけるシステムの簡素化、コンパクト化およびコストダウンの実現が可能となる。
By adopting the above configuration, the combustibility in the
1 ・・・ 燃料電池本体
2 ・・・ 燃料処理装置
3 ・・・ 改質器バーナ
4 ・・・ タンク
6 ・・・ 冷却水ポンプ
7 ・・・ 冷却水流通路
8 ・・・ オフガス供給路
11 ・・・ 多孔質材料
12 ・・・ 凝縮水
21 ・・・ 単位電池
22 ・・・ 固体高分子膜
23 ・・・ アノード極
23a ・・・ アノード触媒層
23c ・・・ 燃料ガス流通路
24 ・・・ カソード極
24a ・・・ カソード触媒層
24c ・・・ 酸化剤ガス流通路
25 ・・・ アノードセパレータ
26 ・・・ カソードセパレータ
27c ・・・ 電池内冷却水流通路
28 ・・・ 膜電極複合体(MEA)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell main body 2 ...
Claims (3)
アノード極およびカソード極を有し、酸素と前記燃料処理装置で得られた水素リッチなガスとを反応させて直流電力を作る燃料電池本体と、
前記アノード極から排出されるオフガスを上り勾配で前記改質器バーナに直接導くオフガス供給路と、
を有することを特徴とする燃料電池発電システム。 A fuel processor having a reformer burner for reforming a hydrocarbon-based fuel into a hydrogen-rich gas; and
A fuel cell body having an anode electrode and a cathode electrode, which reacts oxygen with a hydrogen-rich gas obtained by the fuel processing device to produce DC power;
An off-gas supply path for directing off-gas discharged from the anode electrode directly to the reformer burner in an upward gradient;
A fuel cell power generation system comprising:
前記燃料電池本体は、多孔質材料からなるアノードセパレータを備え、
前記オフガス供給路で発生した凝縮水が前記アノードセパレータを通って前記冷却水流通路に流入するように構成されていること、を特徴とする請求項1に記載の燃料電池発電システム。 A cooling water flow passage for circulating cooling water from the outside of the fuel cell body into the fuel cell body;
The fuel cell body includes an anode separator made of a porous material,
2. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the condensed water generated in the off-gas supply path is configured to flow into the cooling water flow path through the anode separator.
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JP2011113918A (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-09 | Toshiba Corp | Fuel cell system |
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JPS6482464A (en) * | 1987-09-25 | 1989-03-28 | Toshiba Corp | Power generating facility for fuel cell |
JP2003151597A (en) * | 2001-11-08 | 2003-05-23 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
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- 2007-06-04 JP JP2007147592A patent/JP2008300304A/en active Pending
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