JP2010153062A - Fuel battery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の発電に必要な燃料ガスを生成するための改質器を備える燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device including a reformer for generating fuel gas necessary for power generation of a fuel cell.
近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガス(燃料ガス)と酸素含有ガス(通常、空気である)とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルと、この燃料電池セルを稼動するための補機類とを外装ケースに収納してなる燃料電池装置およびその運転方法が種々提案されている。 In recent years, as a next-generation energy, a fuel cell that can obtain electric power using a hydrogen-containing gas (fuel gas) and an oxygen-containing gas (usually air), and a supplement for operating the fuel cell. There have been proposed various fuel cell apparatuses in which an apparatus is housed in an outer case and operating methods thereof.
ここで、天然ガス等の原燃料を改質して燃料電池セルの発電に必要な水素含有ガスを生成するための改質方法として、部分酸化改質法、オートサーマル改質法および水蒸気改質法が知られている。この水蒸気改質法を用いる燃料電池装置としては、燃料ガス(水素含有ガス)を生成するための改質器、改質器に原燃料を供給するための原燃料供給手段、改質器に供給する水を生成するためのイオン交換樹脂装置や水タンク等を備える水処理装置、水処理装置で生成された水を改質器に供給するための水ポンプ等を具備することが知られている。ここで、改質器に水を供給するための水ポンプの故障を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
ところで、水ポンプが故障した場合に、気化部や改質部の温度が上昇し、天然ガス等の原燃料が分解することで炭素析出が起こり、燃料電池セルが劣化するおそれがある。それゆえ、水ポンプが改質器に供給する水の量を測定するための流量計を備える燃料電池装置が提案されているが、コストがかかるという問題がある。 By the way, when a water pump breaks down, the temperature of a vaporization part or a reforming part rises, and carbon deposition occurs due to decomposition of raw fuel such as natural gas, which may deteriorate the fuel cell. Therefore, although a fuel cell device including a flow meter for measuring the amount of water supplied to the reformer by the water pump has been proposed, there is a problem that it is expensive.
それゆえ、本発明は水ポンプの故障を容易に検出することができるとともに、燃料電池セルの劣化を抑制することができる燃料電池装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell device that can easily detect a failure of a water pump and suppress deterioration of a fuel cell.
本発明の燃料電池装置は、燃料電池セルと、該燃料電池セルに供給する燃料ガスを水蒸気改質により生成するための気化部および改質触媒を備える改質部を具備する改質器と、前記気化部に原燃料を供給するための原燃料供給手段と、前記気化部に供給する水を生成するための水処理装置と、前記水処理装置で生成された水を前記気化部に供給するための水ポンプと、前記気化部の入口温度を測定するための気化部温度センサと、該気化部温度センサにより測定される前記気化部の入口温度が所定の温度範囲となるように前記水ポンプを制御する制御装置とを具備することを特徴とする。 A fuel cell device of the present invention includes a fuel cell, a reformer including a reforming unit including a vaporization unit and a reforming catalyst for generating fuel gas supplied to the fuel cell by steam reforming, and Raw fuel supply means for supplying raw fuel to the vaporization section, a water treatment device for generating water to be supplied to the vaporization section, and water generated by the water treatment apparatus is supplied to the vaporization section Water pump, a vaporizer temperature sensor for measuring the inlet temperature of the vaporizer, and the water pump so that the inlet temperature of the vaporizer measured by the vaporizer temperature sensor falls within a predetermined temperature range And a control device for controlling the operation.
このような燃料電池装置においては、制御装置が、気化部の入口温度が所定の温度範囲となるように水ポンプの動作を制御することから、改質器での改質反応に十分な量の水を気化部に供給することができ、燃料ガスの分解を抑制することができることから燃料電池セルが劣化することを抑制できる。 In such a fuel cell device, the control device controls the operation of the water pump so that the inlet temperature of the vaporization section falls within a predetermined temperature range, so that a sufficient amount for the reforming reaction in the reformer. Since water can be supplied to the vaporization unit and decomposition of the fuel gas can be suppressed, deterioration of the fuel cell can be suppressed.
さらに、気化部に供給される水の量を、気化部の入口温度に基づいて制御することができることから、気化部に供給される水の量を測定するための流量計を設けることなく、改質器における改質反応を制御することができる。それにより、燃料電池装置のコストを低減することができる。 Further, since the amount of water supplied to the vaporization unit can be controlled based on the inlet temperature of the vaporization unit, the flow meter for measuring the amount of water supplied to the vaporization unit can be modified without providing a flow meter. The reforming reaction in the mass device can be controlled. Thereby, the cost of the fuel cell device can be reduced.
また、本発明の燃料電池装置は、前記気化部に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段をさらに備え、前記気化部温度センサにより測定される前記気化部の入口温度が所定の温度範囲を超える温度で所定時間継続した場合に、前記制御装置は、前記水ポンプの動作を停止するように制御するとともに、前記改質部で部分酸化改質を行なうように、前記原燃料供給手段と前記酸素含有ガス供給手段とを制御することを特徴とすることが好ましい。 The fuel cell device of the present invention further includes an oxygen-containing gas supply means for supplying an oxygen-containing gas to the vaporizer, and an inlet temperature of the vaporizer measured by the vaporizer temperature sensor is a predetermined temperature. When the control device continues for a predetermined time at a temperature exceeding the range, the control device controls to stop the operation of the water pump and performs the partial oxidation reforming in the reforming unit. And the oxygen-containing gas supply means are preferably controlled.
このような燃料電池装置においては、気化部の入口温度が所定の温度範囲を超える温度で所定時間継続した場合は、水ポンプが故障していると判断できる。その際、水ポンプの動作を停止するように制御するとともに、改質部で部分酸化改質を行なうように、原燃料供給手段と気化部に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段とを制御することから、水ポンプの故障を検出した際において、継続して燃料電池装置の運転を行なうことができる。 In such a fuel cell device, it can be determined that the water pump has failed if the temperature at the inlet of the vaporization unit continues for a predetermined time at a temperature exceeding a predetermined temperature range. At that time, the operation of the water pump is controlled to stop and the oxygen-containing gas supply means for supplying the oxygen-containing gas to the raw fuel supply means and the vaporization section so as to perform partial oxidation reforming in the reforming section Therefore, when a water pump failure is detected, the fuel cell device can be continuously operated.
また、本発明の燃料電池装置は、前記水ポンプの故障を知らせる警報装置をさらに備え、前記気化部温度センサにより測定される前記気化部の入口温度が所定の温度範囲を超える温度で所定時間継続した場合に、前記制御装置は、前記警報装置を作動させることが好ましい。 In addition, the fuel cell device of the present invention further includes an alarm device that notifies the failure of the water pump, and continues for a predetermined time at a temperature at which the inlet temperature of the vaporizer measured by the vaporizer temperature sensor exceeds a predetermined temperature range. In this case, it is preferable that the control device activates the alarm device.
このような燃料電池装置においては、水ポンプの故障を知らせる警報装置をさらに備えるとともに、制御装置は、気化部の入口温度が所定の温度範囲を超える温度で所定時間継続した場合には、水ポンプが故障していると判断する。その際、制御装置は、水ポンプの故障を知らせる警報装置を作動させることで、水ポンプの故障を容易に知らせることができる。 In such a fuel cell device, an alarm device for notifying the failure of the water pump is further provided, and when the inlet temperature of the vaporizer continues beyond a predetermined temperature range for a predetermined time, the control device Is determined to be malfunctioning. At that time, the control device can easily notify the failure of the water pump by operating the alarm device that notifies the failure of the water pump.
また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、前記警報装置を作動させた後、前記警報装置の動作が所定時間以上停止されない場合に、前記燃料電池装置の運転を停止することが好ましい。 In the fuel cell device of the present invention, it is preferable that the control device stops the operation of the fuel cell device when the operation of the alarm device is not stopped for a predetermined time or longer after the alarm device is activated. .
このような燃料電池装置においては、警報装置の動作が所定時間以上停止されない場合に、制御装置が燃料電池装置の運転を停止することから、燃料電池装置が故障したまま運転を継続することを抑制でき、安全性を向上することができる。 In such a fuel cell device, if the operation of the alarm device is not stopped for a predetermined time or longer, the control device stops the operation of the fuel cell device, so that the fuel cell device is prevented from continuing to operate with a failure. And safety can be improved.
本発明の燃料電池装置は、燃料電池セルと、該燃料電池セルに供給する燃料ガスを水蒸気改質により生成するための気化部および改質触媒を備える改質部を具備する改質器と、前記気化部に原燃料を供給するための原燃料供給手段と、前記気化部に供給する水を生成するための水処理装置と、前記水処理装置で生成された水を前記気化部に供給するための水ポンプと、前記気化部の入口温度を測定するための気化部温度センサと、該気化部温度センサにより測定される前記気化部の入口温度が所定の温度範囲となるように前記水ポンプを制御する制御装置とを具備することから、燃料電池セルの劣化を抑制することができるとともに、コストを低減することができる。 A fuel cell device of the present invention includes a fuel cell, a reformer including a reforming unit including a vaporization unit and a reforming catalyst for generating fuel gas supplied to the fuel cell by steam reforming, and Raw fuel supply means for supplying raw fuel to the vaporization section, a water treatment device for generating water to be supplied to the vaporization section, and water generated by the water treatment apparatus is supplied to the vaporization section Water pump, a vaporizer temperature sensor for measuring the inlet temperature of the vaporizer, and the water pump so that the inlet temperature of the vaporizer measured by the vaporizer temperature sensor falls within a predetermined temperature range Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the fuel cell and to reduce the cost.
図1は、本発明の燃料電池装置を具備する燃料電池システムの構成の一例を示した構成図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。まず、図1を用いて本発明の燃料電池装置の構成について説明する。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a configuration of a fuel cell system including a fuel cell device of the present invention. In the following drawings, the same numbers are assigned to the same members. First, the configuration of the fuel cell device of the present invention will be described with reference to FIG.
本発明の燃料電池装置は、図1においては発電を行なう発電ユニットに相当し、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニット、これらのユニット間を水が循環するための循環配管とあわせて、燃料電池システムが構成されている。なお、貯湯ユニットや循環配管も含めて本発明の燃料電池装置とすることもできる。 The fuel cell device of the present invention corresponds to a power generation unit that generates power in FIG. 1, and includes a hot water storage unit that stores hot water after heat exchange, and a circulation pipe that circulates water between these units. A battery system is configured. In addition, it can also be set as the fuel cell apparatus of this invention including a hot water storage unit and circulation piping.
図1に示す燃料電池装置(システム)は、燃料電池セル1、天然ガス等の原燃料を供給する原燃料供給手段2、酸素含有ガスを燃料電池セル1に供給するための酸素含有ガス供給手段3、原燃料と水蒸気により水蒸気改質する改質器4を具備している。なお、改質器4は、後述する水ポンプ11により供給される水を気化し、原燃料供給手段2から供給された原燃料と水蒸気とを混合するための気化部と、内部に改質触媒を備え、混合された原燃料と水蒸気とを反応させて燃料ガス(水素含有ガス)を生成するための改質部とを備えている(後述する図2参照)。また、改質器4は、気化部の入口温度を測定するための気化部温度センサ22を備えている。
A fuel cell apparatus (system) shown in FIG. 1 includes a fuel cell 1, a raw
また、図1に示す燃料電池装置(発電ユニット)においては、燃料電池セル1の発電により生じた排ガス(排熱)と水とで熱交換を行なう熱交換器13、熱交換により生成された凝縮水を処理するための凝縮水処理装置19、熱交換器13で生成された凝縮水を凝縮水処理装置19に供給するための凝縮水供給管21が設けられており、凝縮水処理装置19にて処理された凝縮水は、水タンク10に貯水された後、水ポンプ11により改質器4に供給される。なお、凝縮水を処理するための凝縮水処理手段(例えば、イオン交換樹脂等。図示せず。)は、凝縮水処理装置19のほか、凝縮水供給管21等にも設けることができる。
Further, in the fuel cell device (power generation unit) shown in FIG. 1, a
一方、凝縮水処理装置19に供給される凝縮水の量が少ない場合や凝縮水処理手段で処理された後の凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水(水道水等)を純水に処理して改質器4に供給することもでき、図1においては外部から供給される水を純水に処理する手段として各外部水処理装置を具備している。
On the other hand, when the amount of condensed water supplied to the condensed
ここで、外部より供給される水を改質器4に供給するための各外部水処理装置としては、水を浄化するための活性炭フィルタ装置7、逆浸透膜装置8および浄化された水を純水にするためのイオン交換樹脂装置9の各装置のうち、少なくともイオン交換樹脂装置9(好ましくは全ての装置)を具備する。そして、イオン交換樹脂装置9にて生成された純水は水タンク10に貯水される。なお、図1に示す燃料電池装置(発電ユニット)おいては、外部より供給される水の量を調整するための給水弁6が設けられている。また、凝縮水処理装置19と水タンク10とがタンク連結管20にて連結されている。なお、凝縮水のみを改質器4に供給する場合には、凝縮水処理装置19と改質器4とを水ポンプ11を介して接続することも可能である。なお、本発明でいう水処理装置とは、上述した凝縮水処理装置19と外部から供給される水を処理するための各外部水処理装置を意味するものとし、図1に示した燃料電池システムにおいては、上記水処理装置のすべてを備える構成を示している。
Here, as each external water treatment device for supplying water supplied from the outside to the
また、改質器4に供給する水を処理するための各外部水処理装置および凝縮水処理装置(本発明でいう水処理装置)を一点鎖線により囲って示している(なお、改質器4と各水処理装置とを接続する給水管5、タンク連結管20、凝縮水供給管21も含めて水供給装置Xとして示している。)。
In addition, each external water treatment device and condensed water treatment device (water treatment device referred to in the present invention) for treating water supplied to the
さらに図1に示す燃料電池装置は、燃料電池セル1にて発電された直流電力を交流電力に切り替え外部負荷に供給するためのパワーコンディショナ12、熱交換器13の出口に設けられ熱交換器13の出口を流れる水(循環水流)の水温を測定するための出口水温センサ15のほか、制御装置14が設けられており、循環ポンプ16とあわせて発電ユニットが構成されている。なお、制御装置14については後に詳述する。そして、これら発電ユニットを構成する各装置を、外装ケース内に収納することで、設置や持ち運び等が容易な燃料電池装置とすることができる(図示せず)。また図示していないが、原燃料供給手段2と改質器4との間に、原燃料を加湿するための原燃料加湿器を設けることも可能である。なお、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク18を具備して構成されている。
Further, the fuel cell device shown in FIG. 1 is provided with a
また、燃料電池セル1と熱交換器13との間には、燃料電池セル1の稼働に伴い生じる排ガスを処理するための排ガス処理装置が設けられている(図示せず)。なお、排ガス処理装置は、収納容器内に排ガス処理手段を収納してなり、排ガス処理手段としては、一般的に公知の燃焼触媒を用いることができる。 Further, an exhaust gas treatment device for treating the exhaust gas generated with the operation of the fuel cell 1 is provided between the fuel cell 1 and the heat exchanger 13 (not shown). In addition, the exhaust gas treatment apparatus houses exhaust gas treatment means in a storage container, and generally known combustion catalysts can be used as the exhaust gas treatment means.
なお、図中の矢印は、原燃料、酸素含有ガス、水の流れ方向を示したものであり、また破線は制御装置14に伝送される主な信号経路、または制御装置14より伝送される主な信号経路を示している。また、同一の構成については同一の番号を付するものとし、以下同様である。
In addition, the arrow in a figure shows the flow direction of raw fuel, oxygen-containing gas, and water, and the broken line shows the main signal path | route transmitted to the
ここで、図1に示した燃料電池装置(システム)の運転方法について説明する。燃料電池セル1の発電に用いられる燃料ガスを生成するために水蒸気改質を行なうにあたり、改質器4で使用される主な水(純水)は、熱交換器13において燃料電池セル1の稼動に伴って生じた排ガスと循環配管17を流れる水との熱交換により生成される凝縮水が用いられる。熱交換器13にて生成された凝縮水は、凝縮水供給管21を流れて凝縮水処理装置19に供給される。凝縮水処理装置19に備える凝縮水処理手段(イオン交換樹脂等)にて処理された凝縮水(純水)は、タンク連結管20を介して水タンク10に供給される。水タンク10に貯水された水は、水ポンプ11により改質器4に供給され、原燃料供給手段2より供給される原燃料とで水蒸気改質が行われ、生成された燃料ガスが燃料電池セル1に供給される。燃料電池セル1においては、燃料ガスと酸素含有ガス供給手段3より供給される酸素含有ガスとを用いて発電が行われる。以上の方法により、凝縮水を有効に利用することにより、水自立運転を行なうことができる。
Here, an operation method of the fuel cell device (system) shown in FIG. 1 will be described. In performing steam reforming to generate fuel gas used for power generation of the fuel cell 1, the main water (pure water) used in the
一方で、凝縮水の生成量が少ない場合や、凝縮水処理装置19にて処理された凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水(水道水等)を用いることもできる。
On the other hand, when the amount of condensed water produced is small, or when the purity of the condensed water treated by the condensed
この場合においては、まず給水弁6(例えば、電磁弁やエア駆動バルブ等)が開放され、水道水等の外部から供給される水が、給水管5を通して活性炭フィルタ7に供給される。活性炭フィルタ7にて処理された水は、続いて逆浸透膜8に供給される。逆浸透膜8にて処理された水は、引き続きイオン交換樹脂装置9に供給され、イオン交換樹脂装置9で処理されることにより生成された純水が、水タンク10に貯水される。水タンク10に貯水された純水は、上述した方法により、燃料電池セル1の発電に利用される。
In this case, first, the water supply valve 6 (for example, an electromagnetic valve or an air drive valve) is opened, and water supplied from the outside such as tap water is supplied to the activated
また、燃料電池装置(発電ユニット)において、燃料電池装置の稼働に伴い燃料電池セル1に改質器4を介して燃料ガスが供給されるとともに、酸素含有ガス供給手段3より酸素含有ガスが供給される。
Further, in the fuel cell device (power generation unit), fuel gas is supplied to the fuel cell 1 through the
続いて、本発明の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュール(以下、モジュールと略す場合がある。)について説明する。図2は、本発明の燃料電池装置を構成するモジュール23の一例を示す外観斜視図である。本発明の燃料電池装置は、仕切板により上下に区画された外装ケースの上方の部屋にモジュール23を収納し、下方の部屋にモジュール23を動作させるための補機類を収納することにより構成される(図示せず)。
Subsequently, a fuel cell module (hereinafter sometimes abbreviated as a module) constituting the fuel cell device of the present invention will be described. FIG. 2 is an external perspective view showing an example of the
図2に示すモジュール23においては、収納容器24の内部に、内部を燃料ガスが流通するガス流路(図示せず)を有する柱状の燃料電池セル1を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル1間に集電部材(図1においては図示せず)を介して電気的に直列に接続するとともに、燃料電池セル1の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材(図示せず)でマニホールド25に固定してなるセルスタック26(セルスタック装置31)を収納して構成されている。なお、セルスタック26の両端には、セルスタック26(燃料電池セル1)の発電により生じた電流を集電して外部に引き出すための、電流引き出し部を有する導電部材が配置されている(図示せず)。
In the
なお、図2においては、燃料電池セル1として、内部を燃料ガス(水素含有ガス)が長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、ガス流路を有する支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層を順に積層してなる固体酸化物形燃料電池セル1を例示している。 In FIG. 2, the fuel battery cell 1 is a hollow flat plate type having a gas flow path through which fuel gas (hydrogen-containing gas) flows in the longitudinal direction. A solid oxide fuel cell 1 in which a side electrode layer, a solid electrolyte layer, and an oxygen side electrode layer are sequentially laminated is illustrated.
さらに図2においては、燃料電池セル1の発電で使用する燃料ガスを得るために、原燃料供給管30を介して供給される天然ガス等の原燃料(原燃料)を改質して燃料ガスを生成するための改質器4をセルスタック26(燃料電池セル1)の上方に配置している。なお、改質器4は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行なうことができる構造とすることが好ましく、水を気化させるための気化部27と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒(図示せず)が配置された改質部28とを備えている。また、気化部27には上述した気化部温度センサ22が接続されている。
Further, in FIG. 2, in order to obtain a fuel gas to be used for power generation of the fuel cell 1, a fuel gas obtained by reforming a raw fuel (raw fuel) such as natural gas supplied via the raw
なお、図2においては、気化部27に水を供給するための給水管5は省略して示しており、原燃料供給管30と給水管5とそれぞれ別個の管として改質器4に接続するほか、原燃料供給管30と給水管5とを二重管とすることもできる。
In FIG. 2, the water supply pipe 5 for supplying water to the vaporizing
そして、改質器4で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管29を介してマニホールド25に供給され、マニホールド25より燃料電池セル1の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、セルスタック装置31の構成は、燃料電池セル1の種類や形状により、適宜変更することができ、例えばセルスタック装置31に改質器4を含むこともできる。
The fuel gas generated by the
また図2においては、収納容器24の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置31を後方に取り出した状態を示している。ここで、図2に示したモジュール23においては、セルスタック装置31を、収納容器24内にスライドして収納することが可能である。
Further, FIG. 2 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the
なお、収納容器24の内部には、マニホールド25に並置されたセルスタック26の間に配置され、酸素含有ガス(酸素含有ガス)が燃料電池セル1の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、酸素含有ガス導入部材34が配置されている。
The
ここで、燃料電池セル1のガス流路より排出される余剰な燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル1の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル1の温度を上昇させることができ、セルスタック装置31の起動を早めることができる。あわせて、燃料電池セル1(セルスタック26)の上方に配置された改質器4を温めることができ、改質器4で効率よく改質反応を行なうことができる。
Here, it is possible to raise the temperature of the fuel cell 1 by burning excess fuel gas and oxygen-containing gas discharged from the gas flow path of the fuel cell 1 on the upper end side of the fuel cell 1. And the activation of the
ところで、上述したような燃料電池装置において、改質器4に水を供給するための水ポンプ11が故障した場合、改質器4に水を供給することができないことから、気化部27や改質部28の温度が上昇する。この場合、改質部28に供給される天然ガス等の原燃料が分解することで炭素析出が起こり、燃料電池セル1が劣化するおそれがある。それゆえ、水ポンプ11が改質器4に供給する水の量を測定するための流量計を備え、制御装置14が水ポンプ11に伝送する信号(水ポンプ11の動作を制御する信号)と流量計が計測する水量とを比較して、水ポンプ11の故障を検出することが考えられるが、この場合、流量計が必須となるためコストがかかるという問題がある。
By the way, in the fuel cell apparatus as described above, when the
それゆえ、本発明においては、制御装置14は、気化部温度センサ22により測定される気化部27の入口温度が所定の温度範囲となるように水ポンプ11を制御する。
Therefore, in the present invention, the
すなわち、気化部27の入口温度が所定の温度範囲よりも高い場合には、制御装置14は、水ポンプ11から供給される水の量を増大する信号を水ポンプ11に伝送する。それにより、吸熱反応である水の蒸発量が増加することで、気化部27の入口温度が低下して所定の温度範囲内とすることができる。
That is, when the inlet temperature of the
一方、気化部27の入口温度が所定の温度範囲よりも低い場合には、制御装置14は、水ポンプ11から供給される水の量を減少する信号を水ポンプ11に伝送する。それにより、吸熱反応である水の蒸発量が減少することで、気化部27の入口温度が上昇して所定の温度範囲内とすることができる。
On the other hand, when the inlet temperature of the
それにより、改質器4での改質反応に十分な量の水を気化部27に供給することができ、天然ガス等の原燃料が分解することを抑制できる。それゆえ、炭素析出を抑制することができ、燃料電池セル1が劣化することを抑制できる。
As a result, a sufficient amount of water for the reforming reaction in the
また、気化部27に供給される水の量を気化部温度センサ22により測定される気化部27の入口温度に基づいて制御することができることから、気化部27に供給される水の量を測定するための流量計を設けることなく、改質器4における改質反応を制御することができる。それにより、燃料電池装置のコストを低減することができる。
Further, since the amount of water supplied to the vaporizing
なお、気化部27の入口温度における所定の温度範囲とは、改質器4の大きさや、改質部28における改質触媒の種類等に基づき適宜設定することができるが、改質部28で水蒸気改質反応を行なうことができ、また改質触媒が劣化等を生じるおそれのない温度とすることが好ましく、例えば100℃〜250℃の範囲で、適宜設定することができる。
The predetermined temperature range at the inlet temperature of the
ここで、制御装置14が、気化部27の入口温度が所定の温度範囲となるように水ポンプ11の動作を制御するが、気化部27の入口温度が所定の温度範囲を超える温度で所定時間継続する場合には、水ポンプ11が故障していると判断する。この場合に、故障した水ポンプを継続して動作させると、改質器4に水を供給することができないことから、気化部27や改質部28の温度が上昇し、天然ガス等の原燃料が分解することで炭素析出が起こり、燃料電池セル1が劣化するおそれがある。
Here, the
それゆえ、気化部27の入口温度が所定の温度範囲を超える温度で所定時間継続する場合には、制御装置14は水ポンプ11を停止することが好ましい。
Therefore, when the inlet temperature of the
しかしながら、この場合に改質器4で水蒸気改質を行なうことができなくなる。それゆえ、本発明の燃料電池装置は、気化部27に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段をさらに備えるとともに、制御装置14は、気化部27の入口温度が所定の温度範囲を超える温度で所定時間継続する場合には、改質部28において部分酸化改質を行なうように制御することが好ましい。なお、酸素含有ガス供給手段は、図1に示した燃料電池セル1に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段3を併用することもできる。
However, in this case, the
すなわち、制御装置14は水ポンプ11の動作を停止するように制御するとともに、改質部28で部分酸化改質を行なうように原燃料供給手段2と酸素含有ガス供給手段3とを制御する。それにより、水ポンプ11が故障した場合においても、継続して改質器4(改質部28)で原燃料を改質することができることから、継続して燃料電池装置の運転を行なうことができる。
That is, the
なお、気化部温度センサ22により測定される気化部27の入口温度が所定の温度範囲を超える温度で所定時間継続するとは、改質器4の大きさや、改質部28における改質触媒の種類等に基づき適宜設定することができるが、例えば、上述した温度範囲を超える温度を3分以上継続する場合とすることができる。
Note that the inlet temperature of the
ところで、制御装置14が、水ポンプ11が故障していると判断した場合には、水ポンプ11が故障していることを示すことが好ましい。特に、上述のように改質部28での改質反応を部分酸化改質反応に変更した場合においては、燃料電池装置の運転は継続できるものの、部分改質反応の改質効率は水蒸気改質反応よりも低いことから、水ポンプ11の故障を容易に知ることができることが好ましい。
By the way, when the
それゆえ、本発明の燃料電池装置においては、水ポンプ11の故障を知らせる警報装置をさらに備え、制御装置14は、気化部温度センサ22により測定される温度が所定の温度範囲を超える温度で所定時間継続した場合に、警報装置を作動させることが好ましい。それにより、水ポンプ11の故障を容易に知らせることができる。
Therefore, the fuel cell device of the present invention further includes an alarm device that notifies the failure of the
なお、気化部温度センサ22により測定される気化部27の入口温度が所定の温度範囲を超える温度で所定時間継続するとは、改質器4の大きさや、改質部28における改質触媒の種類等に基づき適宜設定することができるが、例えば、上述した温度範囲を超える温度を3分以上継続する場合とすることができる。また、制御装置14は、改質器4での改質方法を水蒸気改質から部分酸化改質に変える場合においては、改質方法を変更すると同時に警報装置を作動させることもできる。
Note that the inlet temperature of the
以上のようにして、制御装置14が、気化部温度センサ22により測定される気化部27の入口温度が所定の温度範囲内となるように水ポンプ11の動作を制御し、好ましくは、制御装置14は、水ポンプ11の故障を検出した際に、改質部28での改質方法を変更すること、また水ポンプ11の故障を知らせる警報装置を作動させる。そして、この警報装置は通常本発明の燃料電池装置を使用する人により停止することができるが、この警報装置の動作が所定時間以上停止されない場合には、製法装置14は、燃料電池装置の運転を停止することが好ましい。
As described above, the
この場合に、制御装置14が、燃料電池装置の運転を停止する制御を行なうことにより、燃料電池装置が故障したまま運転を継続することを抑制でき、安全性を向上することができる。
In this case, when the
また、改質部28での改質方法を水蒸気改質から部分酸化改質に変更している場合においては、制御装置14が、燃料電池装置の運転を停止することにより、改質効率の低い運転方法を停止することができる。
In the case where the reforming method in the reforming
なお、警報装置の動作が所定時間以上停止されない場合とは、例えば警報装置が15分以上継続して動作している場合とすることができる。 The case where the operation of the alarm device is not stopped for a predetermined time or more can be, for example, a case where the alarm device is continuously operated for 15 minutes or more.
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。 Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention. .
たとえば、燃料電池セル1を、内部を酸素含有ガスが長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型とすることもできる。この場合においても上述したような制御を行なうことにより、炭素析出を抑制することができ、燃料電池セル1が劣化することを抑制できるとともに、コストを低減することができる。 For example, the fuel cell 1 may be a hollow flat plate type having a gas flow path in which an oxygen-containing gas flows in the longitudinal direction. Also in this case, by performing the control as described above, carbon deposition can be suppressed, deterioration of the fuel cell 1 can be suppressed, and cost can be reduced.
1:燃料電池セル
2:原燃料供給手段
3:酸素含有ガス供給手段
4:改質器
14:制御装置
22:気化部温度センサ
27:気化部
28:改質部
1: Fuel cell 2: Raw fuel supply means 3: Oxygen-containing gas supply means 4: Reformer 14: Controller 22: Vaporization part temperature sensor 27: Vaporization part 28: Reformation part
Claims (4)
4. The fuel cell according to claim 3, wherein after the alarm device is activated, the control device stops the operation of the fuel cell device when the operation of the alarm device is not stopped for a predetermined time or more. apparatus.
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