JP2011138630A - Solid oxide fuel cell system - Google Patents

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Katsuhito Kirikihira
勝仁 桐木平
Norihisa Matake
徳久 眞竹
Haruyoshi Mukumoto
陽喜 椋本
Tatsuo Kahata
達雄 加幡
Masanori Nishiura
雅則 西浦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid oxide fuel cell system capable of easily corresponding to a change of the load state of a solid oxide fuel cell. <P>SOLUTION: The solid oxide fuel cell system is provided with a solid oxide fuel cell 2 generating electricity with fuel and air reformed by vapor guided in, a control valve 7 to which part of fuel led out from the solid oxide fuel cell 2 is guided, and controlling a flow of fuel, and a humidifying means 3 for humidifying the fuel led to the solid oxide fuel cell 2. To the humidifying means 3, the fuel passing through the control valve 7 is guided. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池システムに関し、特に、固体酸化物形燃料電池に導かれる燃料の加湿に関するものである。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell system, and more particularly to humidification of a fuel led to a solid oxide fuel cell.

一般に、都市ガス等の炭化水素系の燃料を用いて発電を行う固体酸化物形燃料電池では、燃料に水蒸気、酸素、水分を添加して水素を主成分する燃料に改質している。（例えば、特許文献１、特許文献６および特許文献７）。
固体酸化物形燃料電池が発電の際に生じた水蒸気は、固体酸化物形燃料電池から残余燃料とともに排出される。この水蒸気を含んだ残余燃料（以下「再循環燃料」という。）を再利用して、固体酸化物形燃料電池システムの効率化が行われている（特許文献２、特許文献３、特許文献４および特許文献５）。 In general, in a solid oxide fuel cell that generates power using a hydrocarbon-based fuel such as city gas, steam, oxygen, and moisture are added to the fuel to reform it into a fuel mainly composed of hydrogen. (For example, patent document 1, patent document 6, and patent document 7).
The water vapor generated when the solid oxide fuel cell generates power is discharged from the solid oxide fuel cell together with the remaining fuel. The remaining fuel containing water vapor (hereinafter referred to as “recycled fuel”) is reused to improve the efficiency of the solid oxide fuel cell system (Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 4). And Patent Document 5).

特開平８−４５５２３号公報JP-A-8-45523 特許第３９１７８３８号公報Japanese Patent No. 3917838 特開２００７−３１１０７２号公報JP 2007-311072 A 特開２００３−１２３８１８号公報JP 2003-123818 A 特開２００９−７６２７３号公報JP 2009-76273 A 特開２００６−３１３６８７号公報JP 2006-313687 A 特開２００５−３１７４８９号公報JP-A-2005-317489

しかしながら、特許文献３および特許文献５に記載の発明は、再循環燃料に含まれる水蒸気だけが固体酸化物形燃料電池に導かれるため、固体酸化物形燃料電池の負荷状態が変化した場合には、固体酸化物形燃料電池に供給される空気量を調整する必要がある。しかし、固体酸化物形燃料電池に供給される空気量を減少させた場合には、固体酸化物形燃料電池が発電する際に発生する熱の冷却量が減ってしまい固体酸化物形燃料電池システムを安定して運転することが難しいという問題があった。   However, in the inventions described in Patent Document 3 and Patent Document 5, since only the water vapor contained in the recirculated fuel is guided to the solid oxide fuel cell, the load state of the solid oxide fuel cell changes. It is necessary to adjust the amount of air supplied to the solid oxide fuel cell. However, if the amount of air supplied to the solid oxide fuel cell is reduced, the amount of cooling of the heat generated when the solid oxide fuel cell generates electric power decreases, and the solid oxide fuel cell system There was a problem that it was difficult to drive stably.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、固体酸化物形燃料電池の負荷状態の変化に対応することが容易に可能とされた固体酸化物形燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a solid oxide fuel cell system that can easily cope with a change in the load state of the solid oxide fuel cell. For the purpose.

上記課題を解決するために、本発明の固体酸化物形燃料電池システムは、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる固体酸化物形燃料電池システムによれば、蒸気によって改質された燃料と空気とが導かれて電気を発生する固体酸化物形燃料電池と、前記固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の一部が導かれ、燃料の流量を制御する制御弁と、前記固体酸化物形燃料電池に導かれる燃料を加湿する加湿手段と、を備え、該加湿手段には、前記制御弁を通過した燃料が導かれることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the solid oxide fuel cell system of the present invention employs the following means.
That is, according to the solid oxide fuel cell system according to the present invention, the solid oxide fuel cell in which the fuel reformed by steam and air are guided to generate electricity, and the solid oxide fuel cell A control valve that controls a flow rate of the fuel led to a part of the fuel derived from the fuel, and a humidifying unit that humidifies the fuel guided to the solid oxide fuel cell. The fuel that has passed through the control valve is guided.

固体酸化物形燃料電池には、蒸気を添加することによって改質された燃料が導かれる。固体酸化物形燃料電池が発電した際には、固体酸化物形燃料電池から導出される燃料には、蒸気が含まれている。そこで、固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の一部を固体酸化物形燃料電池の上流側に導いて燃料中の蒸気を燃料の改質に再利用する再循環方式が用いられている。本発明では、燃料に蒸気を添加する加湿手段を固体酸化物形燃料電池の上流側に設け、加湿手段と固体酸化物形燃料電池との間に固体酸化物形燃料電池から導出された蒸気を含んだ燃料を導くことにした。また、固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の流量を制御弁によって制御することとした。これにより、固体酸化物形燃料電池には、加湿手段を通過して加湿された燃料に加え、流量が制御され、かつ、蒸気を含んだ燃料が供給される。そのため、固体酸化物形燃料電池に供給される燃料の蒸気量を制御することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池に導かれる蒸気量を発電に適した量に制御することによって、固体酸化物形燃料電池システムを固体酸化物形燃料電池の負荷変化に対応させて運転することができる。   The solid oxide fuel cell is guided with the reformed fuel by adding steam. When the solid oxide fuel cell generates power, the fuel derived from the solid oxide fuel cell contains steam. Therefore, a recirculation system is used in which a part of the fuel derived from the solid oxide fuel cell is led upstream of the solid oxide fuel cell and the vapor in the fuel is reused for fuel reforming. . In the present invention, humidification means for adding steam to the fuel is provided upstream of the solid oxide fuel cell, and the vapor derived from the solid oxide fuel cell is placed between the humidification means and the solid oxide fuel cell. It was decided to guide the contained fuel. In addition, the flow rate of the fuel derived from the solid oxide fuel cell is controlled by the control valve. As a result, the solid oxide fuel cell is supplied with fuel containing steam, in addition to the fuel that has been humidified through the humidifying means, the flow rate being controlled. Therefore, the amount of fuel vapor supplied to the solid oxide fuel cell can be controlled. Therefore, the solid oxide fuel cell system can be operated in response to the load change of the solid oxide fuel cell by controlling the amount of vapor led to the solid oxide fuel cell to an amount suitable for power generation. it can.

本発明にかかる固体酸化物形燃料電池システムによれば、前記加湿手段は、液体が貯蔵される加湿器と、前記制御弁の下流側に設けられて前記加湿器の上流側と前記加湿器の下流側とに前記固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の流れる方向を切換える方向弁とを有し、前記固体酸化物形燃料電池の負荷状態に応じて、前記方向弁を切換えることを特徴とする。   According to the solid oxide fuel cell system of the present invention, the humidifying means includes a humidifier in which a liquid is stored, an upstream side of the humidifier provided on the downstream side of the control valve, and the humidifier. A directional valve for switching a flow direction of fuel derived from the solid oxide fuel cell on the downstream side, and switching the directional valve according to a load state of the solid oxide fuel cell. And

固体酸化物形燃料電池の電圧低下等の緊急時や電力ニーズに伴う発電容量変更によって固体酸化物形燃料電池の負荷変化が必要とされる場合には、蒸気量を増やして固体酸化物形燃料電池の負荷を下げる必要がある。そこで、固体酸化物形燃料電池の負荷状態に応じて切換る方向弁を制御弁の下流側に設け、固体酸化物形燃料電池から導出された蒸気を含んだ燃料の一部を加湿器の上流側に導くこととした。そのため、固体酸化物形燃料電池から導出された蒸気を含んだ燃料に、さらに加湿器によって蒸気を添加して固体酸化物形燃料電池に導くことができる。したがって、固体酸化物形燃料電池システムを固体酸化物形燃料電池の負荷変化に対応させて運転することができる。一方、燃料中の蒸気量を増やす必要のないときは、固体酸化物形燃料電池から導出された蒸気を含んだ燃料の一部を加湿器の下流側に導くこととし、燃料が加湿器を通過しないようにする。   If the load change of the solid oxide fuel cell is required in case of emergency such as voltage drop of the solid oxide fuel cell or due to power generation capacity change due to power needs, the solid oxide fuel can be increased by increasing the amount of steam. Battery load needs to be reduced. Therefore, a directional valve that switches according to the load state of the solid oxide fuel cell is provided on the downstream side of the control valve, and a part of the fuel containing vapor derived from the solid oxide fuel cell is disposed upstream of the humidifier. Decided to lead to the side. Therefore, the fuel containing the vapor derived from the solid oxide fuel cell can be further added with a humidifier by a humidifier and led to the solid oxide fuel cell. Therefore, the solid oxide fuel cell system can be operated in response to a load change of the solid oxide fuel cell. On the other hand, when it is not necessary to increase the amount of vapor in the fuel, a part of the fuel containing the vapor derived from the solid oxide fuel cell is led to the downstream side of the humidifier, and the fuel passes through the humidifier. Do not.

本発明にかかる固体酸化物形燃料電池システムによれば、前記加湿手段は、液体が貯蔵される２つの加湿器を有し、下流側の前記加湿器には、上流側の前記加湿器および前記制御弁から燃料および燃料が導かれ、前記固体酸化物形燃料電池の負荷状態に応じて各前記加湿器による加湿状態を変更可能とされることを特徴とする。   According to the solid oxide fuel cell system of the present invention, the humidifying means has two humidifiers in which a liquid is stored, and the downstream humidifier includes the upstream humidifier and the humidifier. Fuel and fuel are led from the control valve, and the humidification state by each of the humidifiers can be changed according to the load state of the solid oxide fuel cell.

加湿器は、２つ設け、下流側の加湿器に制御弁からの燃料を導くこととしたので、下流側の加湿器には、制御弁からの燃料だけでなく上流側の加湿器からの燃料も導かれる。したがって、下流側の加湿器によって最終的に必要な加湿量を決定することができる。そして、固体酸化物形燃料電池の負荷状態に応じて各加湿器による加湿状態が変更可能とされるので、固体酸化物形燃料電池システムを固体酸化物形燃料電池の運転負荷変化に応じて運転することができる。   Since two humidifiers are provided and the fuel from the control valve is guided to the downstream humidifier, the downstream humidifier includes not only the fuel from the control valve but also the fuel from the upstream humidifier. Is also led. Therefore, the required humidification amount can be finally determined by the downstream humidifier. Since the humidification state by each humidifier can be changed according to the load state of the solid oxide fuel cell, the solid oxide fuel cell system is operated according to the change in the operation load of the solid oxide fuel cell. can do.

本発明にかかる固体酸化物形燃料電池システムの制御方法によれば、蒸気によって改質された燃料と空気とが導かれて電気を発生する固体酸化物形燃料電池と、前記固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の流量を制御する制御弁と、前記制御弁を通過した燃料を加湿する加湿手段と、を備え、前記制御弁は、前記固体酸化物形燃料電池の負荷が所望負荷以下の場合には、前記固体酸化物形燃料電池から導出される燃料を増加させるように切換えられ、前記固体酸化物形燃料電池の負荷が所望負荷以上の場合には、前記固体酸化物形燃料電池から導出される燃料を減少させるように切換えられることを特徴とする。   According to the control method of the solid oxide fuel cell system according to the present invention, the solid oxide fuel cell in which fuel reformed by steam and air are guided to generate electricity, and the solid oxide fuel A control valve for controlling the flow rate of the fuel derived from the battery, and a humidifying means for humidifying the fuel that has passed through the control valve, wherein the control valve has a load of the solid oxide fuel cell equal to or lower than a desired load. In the case of the above, it is switched to increase the fuel derived from the solid oxide fuel cell, and when the load of the solid oxide fuel cell is higher than a desired load, the solid oxide fuel cell Is switched to reduce the fuel derived from

固体酸化物形燃料電池の負荷を所望負荷以下にする場合には、固体酸化物形燃料電池から導出される燃料の流量を増加させるように加湿手段に導き、固体酸化物形燃料電池の負荷を所望負荷以上にする場合には、固体酸化物形燃料電池から導出される燃料の流量を減少させて加湿手段に導くように制御弁を制御する。そのため、固体酸化物形燃料電池の所望負荷に応じて、固体酸化物形燃料電池に供給される蒸気量を変化させて固体酸化物形燃料電池の燃料性状を制御することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池の負荷状態に応じて、固体酸化物形燃料電池システムを運転することができる。   When the load of the solid oxide fuel cell is less than the desired load, the humidification means is led to increase the flow rate of the fuel derived from the solid oxide fuel cell, and the load of the solid oxide fuel cell is reduced. When the load exceeds the desired load, the control valve is controlled so that the flow rate of the fuel derived from the solid oxide fuel cell is reduced and led to the humidifying means. Therefore, the fuel property of the solid oxide fuel cell can be controlled by changing the amount of vapor supplied to the solid oxide fuel cell according to the desired load of the solid oxide fuel cell. Therefore, the solid oxide fuel cell system can be operated according to the load state of the solid oxide fuel cell.

上述した発明によれば、燃料に蒸気を添加する加湿手段を固体酸化物形燃料電池の上流側に設け、加湿手段と固体酸化物形燃料電池との間に固体酸化物形燃料電池から導出された蒸気を含んだ燃料を導くことにした。また、固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の流量を制御弁によって制御することとした。これにより、固体酸化物形燃料電池には、流量が制御され、かつ、蒸気を含んだ燃料に加え、加湿手段を通過して加湿された燃料が供給される。そのため、固体酸化物形燃料電池に供給される燃料の蒸気量を制御することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池に導かれる蒸気量を発電に適した量に制御することによって、固体酸化物形燃料電池システムを固体酸化物形燃料電池の運転負荷変化に対応させて運転することができる。   According to the above-described invention, the humidifying means for adding the vapor to the fuel is provided on the upstream side of the solid oxide fuel cell, and is derived from the solid oxide fuel cell between the humidifying means and the solid oxide fuel cell. We decided to guide the fuel containing steam. In addition, the flow rate of the fuel derived from the solid oxide fuel cell is controlled by the control valve. As a result, the solid oxide fuel cell is supplied with fuel that has been humidified by passing through the humidifying means in addition to the fuel containing steam, with the flow rate controlled. Therefore, the amount of fuel vapor supplied to the solid oxide fuel cell can be controlled. Therefore, the solid oxide fuel cell system is operated in response to a change in the operating load of the solid oxide fuel cell by controlling the amount of vapor introduced to the solid oxide fuel cell to an amount suitable for power generation. Can do.

本発明の第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a solid oxide fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第２実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the solid oxide fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１には、固体酸化物形燃料電池システム１の概略構成図が示されている。
固体酸化物形燃料電池システム１は、固体酸化物形燃料電池２と、加湿手段３と、再循環ブロア６と、制御弁７とを有している。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a solid oxide fuel cell system 1.
The solid oxide fuel cell system 1 includes a solid oxide fuel cell 2, a humidifying unit 3, a recirculation blower 6, and a control valve 7.

固体酸化物形燃料電池２は、その内部が改質器（図示せず）と、本体とに分けられている。改質器は、燃料中の炭化水素と、水蒸気とを触媒上で水蒸気改質反応させる。改質器は、燃料を水蒸気改質反応させることによって水素を主成分とした燃料に改質する。固体酸化物形燃料電池２の本体では、水素と酸素とが電気化学反応することによって電気が発生する。発生した電力は、図示しない出力回路によって取り出されるようになっている。   The solid oxide fuel cell 2 is divided into a reformer (not shown) and a main body. The reformer causes the hydrocarbon in the fuel and steam to undergo a steam reforming reaction on the catalyst. The reformer reforms the fuel into a fuel mainly composed of hydrogen by performing a steam reforming reaction. In the main body of the solid oxide fuel cell 2, electricity is generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The generated electric power is taken out by an output circuit (not shown).

加湿手段３は、内部に水（液体）を貯蔵する容器である加湿器４と、燃料の流れる方向を切換える三方弁（方向弁）５とを備えている。加湿器４の下部には、内部に溜まったドレンを外部へと排出するためにドレン管８が接続されている。ドレン管８の先端には、開閉弁９が設けられている。加湿器４は、内部にヒータ（温度調整手段）を備えている。
再循環ブロア６は、燃料を吸引して昇圧するものである。
制御弁７は、通過する燃料の流量を調整するものである。 The humidifying means 3 includes a humidifier 4 that is a container for storing water (liquid) therein, and a three-way valve (directional valve) 5 that switches the direction of fuel flow. A drain pipe 8 is connected to the lower portion of the humidifier 4 in order to discharge the drain accumulated inside to the outside. An open / close valve 9 is provided at the tip of the drain pipe 8. The humidifier 4 includes a heater (temperature adjusting means) inside.
The recirculation blower 6 sucks fuel and raises the pressure.
The control valve 7 adjusts the flow rate of the passing fuel.

次に、固体酸化物形燃料電池システム１の通常運転時における燃料の流れについて説明する。
燃料は、固体酸化物形燃料電池システム１内に設けられている都市ガス等を貯蔵している貯蔵タンク（図示せず）から配管２０によって加湿器４へと導かれる。加湿器４には、水が貯蔵されている。配管２０の先端は、加湿器４内に貯蔵されている水の中に開口している。加湿器４に導かれた燃料は、加湿器４内に貯蔵されている水に吹き込まれる。加湿器４内に貯蔵されている水に吹き込まれた燃料は、水中で気泡となる。燃料が水中で気泡となることによって、燃料中に含まれた粉塵などの異物を分離することができる。 Next, the fuel flow during normal operation of the solid oxide fuel cell system 1 will be described.
The fuel is guided to the humidifier 4 by a pipe 20 from a storage tank (not shown) that stores city gas or the like provided in the solid oxide fuel cell system 1. The humidifier 4 stores water. The front end of the pipe 20 opens into the water stored in the humidifier 4. The fuel guided to the humidifier 4 is blown into the water stored in the humidifier 4. The fuel blown into the water stored in the humidifier 4 becomes bubbles in the water. When the fuel becomes bubbles in the water, foreign matters such as dust contained in the fuel can be separated.

気泡となった燃料は、水によって加湿される。加湿された燃料は、加湿器４内の上部に貯まる。加湿器４内の上部に貯まった加湿された燃料は、加湿器４の上部に接続されている配管２１を経て固体酸化物形燃料電池２へと導かれる。   The fuel that has become air bubbles is humidified by water. The humidified fuel is stored in the upper part of the humidifier 4. The humidified fuel stored in the upper part of the humidifier 4 is guided to the solid oxide fuel cell 2 through a pipe 21 connected to the upper part of the humidifier 4.

固体酸化物形燃料電池２に導かれた加湿された燃料は、固体酸化物形燃料電池２内の改質器へと導かれる。改質器に導かれた燃料は、加湿されているため水分を含んでいる。水分を含んだ燃料は、改質器内の触媒上で水蒸気改質反応を行い水素を主成分とする燃料に改質される。   The humidified fuel guided to the solid oxide fuel cell 2 is guided to a reformer in the solid oxide fuel cell 2. The fuel guided to the reformer contains moisture because it is humidified. The fuel containing moisture undergoes a steam reforming reaction on the catalyst in the reformer and is reformed into a fuel containing hydrogen as a main component.

改質器によって改質された燃料は、固体酸化物形燃料電池２の本体内に導かれる。固体酸化物形燃料電池２の本体内に導かれた燃料は、図示しない空気供給用の配管から導かれた空気中の酸素と電気化学反応を行う。   The fuel reformed by the reformer is guided into the main body of the solid oxide fuel cell 2. The fuel led into the main body of the solid oxide fuel cell 2 performs an electrochemical reaction with oxygen in the air led from an air supply pipe (not shown).

固体酸化物形燃料電池２の本体内において燃料中の水素および一酸化炭素と、空気中の酸素とが反応する。固体酸化物形燃料電池２の本体内における電気化学反応によって、水素からは水蒸気が発生し、一酸化炭素からは二酸化炭素が発生する。電気化学反応によって発生した水蒸気と、二酸化炭素とは、固体酸化物形燃料電池２から導出される残存燃料（以下「再循環燃料」という。）とともに配管２２へと導かれる。   In the main body of the solid oxide fuel cell 2, hydrogen and carbon monoxide in the fuel react with oxygen in the air. Due to the electrochemical reaction in the main body of the solid oxide fuel cell 2, water vapor is generated from hydrogen and carbon dioxide is generated from carbon monoxide. The water vapor and carbon dioxide generated by the electrochemical reaction are led to the pipe 22 together with the residual fuel derived from the solid oxide fuel cell 2 (hereinafter referred to as “recycled fuel”).

また、固体酸化物形燃料電池２の本体内における電気化学反応によって、熱が発生する。発生した熱は、空気供給用の配管から固体酸化物形燃料電池２の本体内へと導かれる空気によって冷却される。   Further, heat is generated by an electrochemical reaction in the main body of the solid oxide fuel cell 2. The generated heat is cooled by air guided from the air supply pipe into the main body of the solid oxide fuel cell 2.

配管２２に導出された水蒸気および二酸化炭素を含んだ残存燃料の一部は、配管２３上に設けられている再循環ブロア６によって吸引される。配管２３に導かれた再循環燃料は、再循環ブロア６によって昇圧されて配管２４へと導出される。配管２４に導出された再循環燃料は、配管２４上に設けられている制御弁７によって流量が制御される。   Part of the remaining fuel containing water vapor and carbon dioxide led to the pipe 22 is sucked by the recirculation blower 6 provided on the pipe 23. The recirculated fuel led to the pipe 23 is pressurized by the recirculation blower 6 and led to the pipe 24. The flow rate of the recirculated fuel led out to the pipe 24 is controlled by the control valve 7 provided on the pipe 24.

制御弁７に導かれる再循環燃料の流量は、固体酸化物形燃料電池２の負荷、例えば電圧等、から算出することによって決められる。再循環燃料の流量が算出されることによって、再循環燃料中に含まれている水蒸気量がわかる。   The flow rate of the recirculated fuel guided to the control valve 7 is determined by calculating from the load of the solid oxide fuel cell 2, for example, voltage. By calculating the flow rate of the recirculated fuel, the amount of water vapor contained in the recirculated fuel can be determined.

後述する配管２５から配管２１に合流する再循環燃料の流量を制御することによって、再循環燃料中の水蒸気量を制御する。配管２０から配管２１に導かれる燃料中の水蒸気量は、一定である。これら制御された再循環燃料中の水蒸気と、配管２０から配管２１に導かれる燃料中の水蒸気量とによって、固体酸化物形燃料電池２に導かれる水蒸気量が決まる。   The amount of water vapor in the recirculated fuel is controlled by controlling the flow rate of the recirculated fuel that merges from the pipe 25 (described later) into the pipe 21. The amount of water vapor in the fuel guided from the pipe 20 to the pipe 21 is constant. The amount of water vapor introduced to the solid oxide fuel cell 2 is determined by the controlled water vapor in the recirculated fuel and the amount of water vapor in the fuel introduced from the pipe 20 to the pipe 21.

固体酸化物形燃料電池２に供給される水蒸気量は、固体酸化物形燃料電池２の本体内に導かれる燃料中の炭素量に対して所定の割合、例えば４倍、になることが望ましい。そのため、再循環燃料の流量を制御することによって、固体酸化物形燃料電池２の負荷状態に応じた水蒸気量を固体酸化物形燃料電池２に導くことができる。   The amount of water vapor supplied to the solid oxide fuel cell 2 is desirably a predetermined ratio, for example, four times the amount of carbon in the fuel introduced into the main body of the solid oxide fuel cell 2. Therefore, the amount of water vapor corresponding to the load state of the solid oxide fuel cell 2 can be guided to the solid oxide fuel cell 2 by controlling the flow rate of the recirculated fuel.

固体酸化物形燃料電池２の負荷状態に応じた水蒸気量を固体酸化物形燃料電池２に導くために、制御弁７の開度を制御して、再循環燃料の流量を制御する。制御弁７によって流量が制御された再循環燃料は、制御弁７の下流側に接続されている配管２４へと導出される。配管２４に導出された再循環燃料は、三方弁５へと導かれる。   In order to guide the amount of water vapor corresponding to the load state of the solid oxide fuel cell 2 to the solid oxide fuel cell 2, the opening degree of the control valve 7 is controlled to control the flow rate of the recirculated fuel. The recirculated fuel whose flow rate is controlled by the control valve 7 is led out to the pipe 24 connected to the downstream side of the control valve 7. The recirculated fuel led out to the pipe 24 is led to the three-way valve 5.

三方弁５の下流側には、配管２５と、配管２６とが接続されている。三方弁５は、固体酸化物形燃料電池２が通常運転時には、配管２４によって導かれた再循環燃料を配管２５に導出するように切換えられる。三方弁５から配管２５に導かれた再循環燃料は、配管２１に合流される。配管２１に合流した再循環燃料と、前述した加湿器４を通過して加湿された燃料とは、固体酸化物形燃料電池２へと導かれる。   A pipe 25 and a pipe 26 are connected to the downstream side of the three-way valve 5. The three-way valve 5 is switched so that the recirculated fuel guided by the pipe 24 is led to the pipe 25 when the solid oxide fuel cell 2 is in normal operation. The recirculated fuel introduced from the three-way valve 5 to the pipe 25 is joined to the pipe 21. The recirculated fuel that has joined the pipe 21 and the fuel that has been humidified through the humidifier 4 described above are guided to the solid oxide fuel cell 2.

三方弁５の他方の下流側に設けられている配管２６は、配管２０に合流している。配管２６には、後述する固体酸化物形燃料電池２が緊急運転時の場合に、再循環燃料が導出されるようになっている。   A pipe 26 provided on the other downstream side of the three-way valve 5 joins the pipe 20. When the solid oxide fuel cell 2 to be described later is in an emergency operation, the recirculated fuel is led out to the pipe 26.

次に、固体酸化物形燃料電池システム１の緊急運転時における燃料の流れについて説明する。
緊急運転時とは、固体酸化物形燃料電池２の電圧低下などにより固体酸化物形燃料電池２の電圧の減少や電力ニーズに伴う発電容量の変更により固体酸化物形燃料電池２の運転負荷を変化させる場合である。緊急運転時に固体酸化物形燃料電池２の負荷だけを低下させた場合には、固体酸化物形燃料電池２に供給される燃料の流量が固体酸化物形燃料電池２に供給される水蒸気量に対して高くなる。固体酸化物形燃料電池２に供給される燃料の流量が固体酸化物形燃料電池２に供給される水蒸気量に対して高くなるということは、燃料中の炭素量に対する水蒸気量が少ない状態である。 Next, the fuel flow during the emergency operation of the solid oxide fuel cell system 1 will be described.
During emergency operation, the operating load of the solid oxide fuel cell 2 is reduced by reducing the voltage of the solid oxide fuel cell 2 due to the voltage drop of the solid oxide fuel cell 2 or changing the power generation capacity according to power needs. It is a case to change. When only the load of the solid oxide fuel cell 2 is reduced during emergency operation, the flow rate of the fuel supplied to the solid oxide fuel cell 2 becomes the amount of water vapor supplied to the solid oxide fuel cell 2. It becomes higher. The fact that the flow rate of the fuel supplied to the solid oxide fuel cell 2 is higher than the amount of water vapor supplied to the solid oxide fuel cell 2 means that the amount of water vapor relative to the amount of carbon in the fuel is small. .

燃料中の炭素量に対する水蒸気量を所定の割合にするために、配管２４上に設けられている三方弁５を切換えて配管２６へと再循環燃料を導出させる。配管２６は配管２０に合流しているため、加湿器４には、配管２６に導出された再循環燃料と、配管２０から導かれた燃料とが導かれる。   In order to make the amount of water vapor with respect to the amount of carbon in the fuel a predetermined ratio, the three-way valve 5 provided on the pipe 24 is switched to lead the recirculated fuel to the pipe 26. Since the pipe 26 is joined to the pipe 20, the recirculated fuel led out to the pipe 26 and the fuel led from the pipe 20 are led to the humidifier 4.

加湿器４に導かれた再循環燃料には、既に水蒸気が含まれているが、加湿器４内に貯蔵されている水によってさらに水分が添加される。また、配管２６が合流する上流側から配管２０によって加湿器４に導かれた燃料は、加湿器４内に貯蔵されている水によって加湿される。   The recirculated fuel guided to the humidifier 4 already contains water vapor, but water is further added by the water stored in the humidifier 4. Further, the fuel guided to the humidifier 4 by the pipe 20 from the upstream side where the pipe 26 merges is humidified by the water stored in the humidifier 4.

加湿器４によって水分が添加された再循環燃料と、加湿された燃料とは、加湿器４内の上部から加湿器４の上部に設けられている配管２１へと導出される。   The recirculated fuel to which moisture is added by the humidifier 4 and the humidified fuel are led out from the upper part in the humidifier 4 to the pipe 21 provided in the upper part of the humidifier 4.

配管２１に導出された水分が添加された再循環燃料と、加湿された燃料とは、固体酸化物形燃料電池２に導かれる。固体酸化物形燃料電池２に導かれた水分が添加された再循環燃料中および加湿された燃料中の水蒸気量は、固体酸化物形燃料電池システム１の通常運転時に比べて増加している。   The recirculated fuel to which moisture introduced to the pipe 21 is added and the humidified fuel are led to the solid oxide fuel cell 2. The amount of water vapor in the recirculated fuel to which moisture introduced to the solid oxide fuel cell 2 is added and in the humidified fuel is increased as compared with the normal operation of the solid oxide fuel cell system 1.

固体酸化物形燃料電池２に導かれる水蒸気量が増加するため、固体酸化物形燃料電池２に導かれる燃料中の炭素量に対する水蒸気量を所定の割合にすることができる。   Since the amount of water vapor guided to the solid oxide fuel cell 2 increases, the amount of water vapor relative to the amount of carbon in the fuel guided to the solid oxide fuel cell 2 can be set to a predetermined ratio.

次に、固体酸化物形燃料電池２の本体の内部を冷却する場合における燃料の流れについて説明する。
固体酸化物形燃料電池２の本体における電気化学反応によって、固体酸化物形燃料電池２の本体では、熱が発生する。固体酸化物形燃料電池２の本体において発生した熱を冷却するために、配管２４の下流側に設けられている三方弁５を切換えて、再循環燃料を配管２６へと導く。 Next, the flow of fuel when the inside of the main body of the solid oxide fuel cell 2 is cooled will be described.
Heat is generated in the main body of the solid oxide fuel cell 2 by an electrochemical reaction in the main body of the solid oxide fuel cell 2. In order to cool the heat generated in the main body of the solid oxide fuel cell 2, the three-way valve 5 provided on the downstream side of the pipe 24 is switched to guide the recirculated fuel to the pipe 26.

配管２６に導かれた再循環燃料は、配管２０に合流される。配管２０に合流された再循環ガスは、配管２０の上流側から導かれた燃料と共に加湿器４へと導かれる。加湿器４では、貯蔵されている水の温度がヒータによって調整される。   The recirculated fuel guided to the pipe 26 is joined to the pipe 20. The recirculated gas joined to the pipe 20 is led to the humidifier 4 together with the fuel led from the upstream side of the pipe 20. In the humidifier 4, the temperature of the stored water is adjusted by a heater.

加湿器４内に貯蔵されている水の温度を調整することによって、加湿器４内の水の温度と圧力とから水の飽和分が決まる。水の飽和分が決まるので、再循環燃料を加湿器４に導くことによって再循環燃料中の水蒸気量を調整することができる。   By adjusting the temperature of the water stored in the humidifier 4, the water saturation is determined from the temperature and pressure of the water in the humidifier 4. Since the water saturation is determined, the amount of water vapor in the recirculated fuel can be adjusted by introducing the recirculated fuel to the humidifier 4.

加湿器４内で水蒸気量が調整された再循環燃料は、配管２１から固体酸化物形燃料電池２へと導かれる。配管２１から固体酸化物形燃料電池２へと導かれた水蒸気量が調整された再循環燃料によって、固体酸化物形燃料電池２の本体において発電時に生じた熱が冷却される。   The recirculated fuel whose water vapor amount is adjusted in the humidifier 4 is guided from the pipe 21 to the solid oxide fuel cell 2. The heat generated during power generation in the main body of the solid oxide fuel cell 2 is cooled by the recirculated fuel in which the amount of water vapor introduced from the pipe 21 to the solid oxide fuel cell 2 is adjusted.

また、加湿器４内で再循環燃料中の水蒸気量を調整することによって、固体酸化物形燃料電池２に導かれる水蒸気量を、固体酸化物形燃料電池２に導かれる燃料中の炭素量に対して所定の割合にすることができる。   Further, by adjusting the amount of water vapor in the recirculated fuel in the humidifier 4, the amount of water vapor led to the solid oxide fuel cell 2 is changed to the amount of carbon in the fuel led to the solid oxide fuel cell 2. On the other hand, a predetermined ratio can be obtained.

以上の通り、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムによれば、以下の作用効果を奏する。
燃料に水蒸気を添加する加湿器（加湿手段）４を固体酸化物形燃料電池２の上流側に設け、加湿器４と固体酸化物形燃料電池２との間に再循環燃料（固体酸化物形燃料電池２から導出された水蒸気を含んだ燃料）を導くことにした。また、再循環燃料の流量を制御弁７によって制御することとした。これにより、固体酸化物形燃料電池２には、加湿器４を通過して加湿された燃料に加え、流量が制御された再循環燃料が供給される。そのため、固体酸化物形燃料電池２に供給される燃料中の水蒸気量を制御することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池２に導かれる水蒸気量を発電に適した量に制御することによって、固体酸化物形燃料電池システム１を固体酸化物形燃料電池２の負荷変化に対応させて運転することができる。 As described above, the solid oxide fuel cell system according to the present embodiment has the following effects.
A humidifier (humidifying means) 4 for adding water vapor to the fuel is provided upstream of the solid oxide fuel cell 2, and a recirculated fuel (solid oxide type) is provided between the humidifier 4 and the solid oxide fuel cell 2. The fuel containing water vapor derived from the fuel cell 2) was introduced. In addition, the flow rate of the recirculated fuel is controlled by the control valve 7. As a result, the solid oxide fuel cell 2 is supplied with the recirculated fuel whose flow rate is controlled in addition to the fuel that has been humidified through the humidifier 4. Therefore, the amount of water vapor in the fuel supplied to the solid oxide fuel cell 2 can be controlled. Therefore, the solid oxide fuel cell system 1 is operated in accordance with the load change of the solid oxide fuel cell 2 by controlling the amount of water vapor introduced to the solid oxide fuel cell 2 to an amount suitable for power generation. can do.

固体酸化物形燃料電池２の負荷状態に応じて切換る３方弁（方向弁）５を制御弁７の下流側に設け、再循環燃料の一部を加湿器４の上流側に導くこととした。そのため、再循環燃料に、さらに加湿器によって水蒸気を添加して固体酸化物形燃料電池２に導くことができる。したがって、固体酸化物形燃料電池システム１を固体酸化物形燃料電池２の負荷変化に対応させて運転することができる。一方、燃料中の蒸気量を増やす必要のないときは、固体酸化物形燃料電池から導出された蒸気を含んだ燃料の一部を加湿器の下流側に導くこととし、再循環させた燃料が加湿器を通過しないようにする。   A three-way valve (directional valve) 5 that switches according to the load state of the solid oxide fuel cell 2 is provided on the downstream side of the control valve 7, and a part of the recirculated fuel is guided to the upstream side of the humidifier 4; did. Therefore, it is possible to add water vapor to the recirculated fuel with a humidifier and guide it to the solid oxide fuel cell 2. Therefore, the solid oxide fuel cell system 1 can be operated in response to the load change of the solid oxide fuel cell 2. On the other hand, when there is no need to increase the amount of vapor in the fuel, a part of the fuel containing the vapor derived from the solid oxide fuel cell is led to the downstream side of the humidifier, and the recirculated fuel is Do not pass through the humidifier.

固体酸化物形燃料電池２の負荷を所望負荷以下にする場合には、加湿器４に導かれる再循環燃料の流量を増加させ、固体酸化物形燃料電池２の負荷を所望負荷以上にする場合には、加湿器４に導かれる再循環燃料の流量を減少させるように制御弁７を制御する。そのため、固体酸化物形燃料電池２に供給される水蒸気量を変化させて固体酸化物形燃料電池２の燃料性状を制御することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池２の負荷状態に応じて、固体酸化物形燃料電池システム１を運転することができる。   When reducing the load of the solid oxide fuel cell 2 to a desired load or less, increasing the flow rate of the recirculated fuel led to the humidifier 4 to make the load of the solid oxide fuel cell 2 higher than the desired load The control valve 7 is controlled so as to decrease the flow rate of the recirculated fuel guided to the humidifier 4. Therefore, the fuel property of the solid oxide fuel cell 2 can be controlled by changing the amount of water vapor supplied to the solid oxide fuel cell 2. Therefore, the solid oxide fuel cell system 1 can be operated according to the load state of the solid oxide fuel cell 2.

なお、本実施形態では、配管２４上に三方弁５を設けるとして説明したが、配管２５および配管２６上に開閉弁を各々設けても良い。
また、本実施形態では、配管２３と配管２４との間に再循環ブロア６を設けるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧力差を生じさせる他の手段を設けても良い。 In the present embodiment, the three-way valve 5 is provided on the pipe 24. However, on-off valves may be provided on the pipe 25 and the pipe 26, respectively.
In the present embodiment, the recirculation blower 6 is provided between the pipe 23 and the pipe 24. However, the present invention is not limited to this, and other means for generating a pressure difference is provided. Also good.

また、本実施形態では、固体酸化物形燃料電池２の本体内に生じた熱を冷却するために、ヒータを設けた加湿器４に再循環燃料を導くとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヒータの替わりに発電後の固体酸化物形燃料電池２から排出される熱が付加された空気を加湿器４内に導いて温度調節をしても良い。   In the present embodiment, it has been described that the recirculated fuel is guided to the humidifier 4 provided with a heater in order to cool the heat generated in the main body of the solid oxide fuel cell 2. The temperature is not limited, and the temperature may be adjusted by introducing into the humidifier 4 the air added with heat discharged from the solid oxide fuel cell 2 after power generation instead of the heater.

また、本実施形態では、加湿器４内に貯蔵される液体を水として説明したが、アミン系の水溶液であっても良い。この場合には、加湿器４内に導かれる燃料中の脱硫と、加湿とを一緒に行うことができる。   In the present embodiment, the liquid stored in the humidifier 4 has been described as water, but an amine-based aqueous solution may be used. In this case, desulfurization in the fuel guided into the humidifier 4 and humidification can be performed together.

また、本実施形態では、固体酸化物形燃料電池２内に改質器を有するとして説明したが、固体酸化物形燃料電池２に改質された燃料が導かれる場合には、改質器は無くても良い。   In the present embodiment, the solid oxide fuel cell 2 has been described as having a reformer. However, when the reformed fuel is introduced into the solid oxide fuel cell 2, the reformer is It is not necessary.

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について図２を用いて説明する。本実施形態の固体酸化物形燃料電池システムは、加湿器を２つ有している点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成および燃料の流れについては、その説明を省略する。
図２には、固体酸化物形燃料電池システム１に設けられている固体酸化物形燃料電池２の概略構成図が示されている。 [Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The solid oxide fuel cell system of the present embodiment is different from the first embodiment in that it has two humidifiers, and the others are the same. Therefore, the description of the same configuration and fuel flow is omitted.
FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of a solid oxide fuel cell 2 provided in the solid oxide fuel cell system 1.

固体酸化物形燃料電池システム１は、固体酸化物形燃料電池２と、２台の加湿器（加湿手段）４Ａ，４Ｂと、再循環ブロア６と、制御弁７とを有している。
各加湿手段４Ａ，４Ｂの下部には、内部に溜まったドレンを外部へと排出するためにドレン管８Ａ，８Ｂと、開閉弁９Ａ，９Ｂとが各々設けられている。加湿器４Ａ，４Ｂは、内部にヒータを有している。 The solid oxide fuel cell system 1 includes a solid oxide fuel cell 2, two humidifiers (humidifying means) 4 </ b> A and 4 </ b> B, a recirculation blower 6, and a control valve 7.
Drain pipes 8A and 8B and on-off valves 9A and 9B are provided below the humidifying means 4A and 4B, respectively, in order to discharge the accumulated drain to the outside. The humidifiers 4A and 4B have heaters inside.

次に、固体酸化物形燃料電池システム１の通常運転時における燃料の流れについて説明する。
燃料は、配管２０から加湿器４Ａへと導かれる。加湿器４Ａには、水（液体）が貯蔵されている。配管２０の先端は、加湿器４Ａ内に貯蔵されている水中に開口している。加湿器４Ａに導かれた燃料は、加湿器４Ａ内に貯蔵されている水中に吹き込まれる。加湿器４Ａ内に貯蔵されている水に吹き込まれた燃料は、加湿器４Ａ内で気泡となる。気泡となった燃料は、水によって加湿される。加湿された燃料は、加湿器４Ａ内の上部に貯まる。加湿器４Ａ内の上部に貯まった加湿された燃料は、加湿器４Ａの上部に接続されている配管２７へと導かれる。 Next, the fuel flow during normal operation of the solid oxide fuel cell system 1 will be described.
The fuel is guided from the pipe 20 to the humidifier 4A. Water (liquid) is stored in the humidifier 4A. The front end of the pipe 20 opens into the water stored in the humidifier 4A. The fuel guided to the humidifier 4A is blown into the water stored in the humidifier 4A. The fuel blown into the water stored in the humidifier 4A becomes bubbles in the humidifier 4A. The fuel that has become air bubbles is humidified by water. The humidified fuel is stored in the upper part in the humidifier 4A. The humidified fuel stored in the upper part of the humidifier 4A is guided to a pipe 27 connected to the upper part of the humidifier 4A.

配管２７に導出された加湿された燃料は、加湿器４Ｂへと導かれる。加湿器４Ｂは、固体酸化物形燃料電池システム１の通常運転時には、内部に水が貯蔵されていない。加湿器４Ｂに導かれた加湿された燃料は、加湿器４Ｂにおいて再加湿されることなく、加湿器４Ｂ内に溜まる。加湿器４Ｂ内に溜まった加湿された燃料は、配管２１を経て固体酸化物形燃料電池２へと導かれる。   The humidified fuel led out to the pipe 27 is guided to the humidifier 4B. When the solid oxide fuel cell system 1 is in normal operation, the humidifier 4B does not store water therein. The humidified fuel guided to the humidifier 4B is accumulated in the humidifier 4B without being rehumidified in the humidifier 4B. The humidified fuel accumulated in the humidifier 4B is guided to the solid oxide fuel cell 2 through the pipe 21.

固体酸化物形燃料電池２に導かれた加湿された燃料は、上述したように改質器の触媒上で水蒸気改質反応を行い、その後、固体酸化物形燃料電池２の本体へ導かれる。固体酸化物形燃料電池２の本体に導かれた燃料は、酸素と電気化学反応を行って再循環燃料となって固体酸化物形燃料電池２から配管２２へと導出される。   The humidified fuel led to the solid oxide fuel cell 2 is subjected to a steam reforming reaction on the reformer catalyst as described above, and then led to the main body of the solid oxide fuel cell 2. The fuel guided to the main body of the solid oxide fuel cell 2 undergoes an electrochemical reaction with oxygen to become a recirculated fuel and is led out from the solid oxide fuel cell 2 to the pipe 22.

配管２２に導出された再循環燃料の一部は、再循環ブロア６によって吸引されて配管２３へと導かれる。配管２３に導かれた再循環燃料は、再循環ブロア６および制御弁７を経て配管２４へと導出される。配管２４に導出された再循環燃料は、配管２７から導かれる加湿器４Ａによって加湿された燃料と合流する。配管２７に合流した再循環燃料と、加湿された燃料とは、内部に水を有していない加湿器４Ｂを経て固体酸化物形燃料電池２へと導かれる。   A part of the recirculated fuel led out to the pipe 22 is sucked by the recirculation blower 6 and led to the pipe 23. The recirculated fuel guided to the pipe 23 is led to the pipe 24 through the recirculation blower 6 and the control valve 7. The recirculated fuel led out to the pipe 24 joins the fuel humidified by the humidifier 4A led from the pipe 27. The recirculated fuel joined to the pipe 27 and the humidified fuel are guided to the solid oxide fuel cell 2 through a humidifier 4B having no water inside.

次に、固体酸化物形燃料電池システム１の緊急運転時における燃料の流れについて説明する。
加湿器４Ｂは、固体酸化物形燃料電池システム１の緊急運転時には、ドレン管８Ｂに設けられている開閉弁９Ｂが閉状態とされて、加湿器４Ｂ内部には、図示しない給水管から水が注入される。これにより、加湿器４Ｂには、水が貯蔵される。 Next, the fuel flow during the emergency operation of the solid oxide fuel cell system 1 will be described.
In the humidifier 4B, during the emergency operation of the solid oxide fuel cell system 1, the on-off valve 9B provided in the drain pipe 8B is closed, and water is supplied into the humidifier 4B from a water supply pipe (not shown). Injected. Thereby, water is stored in the humidifier 4B.

水が貯蔵された加湿器４Ｂには、加湿器４Ａを通過して加湿された燃料および再循環燃料が配管２７から導かれる。加湿器４Ｂに導かれた再循環燃料には、水蒸気が再度添加される。また、加湿器４Ａを通過して加湿された燃料は、加湿器４Ｂにおいて再加湿される。   The humidified fuel and the recirculated fuel that have passed through the humidifier 4 </ b> A are guided to the humidifier 4 </ b> B in which water is stored from the pipe 27. Water vapor is added again to the recirculated fuel guided to the humidifier 4B. The fuel that has been humidified after passing through the humidifier 4A is re-humidified in the humidifier 4B.

加湿器４Ｂにおいて再加湿された燃料および水蒸気が再添加された再循環燃料は、加湿器４Ｂの上部に溜まる。加湿器４Ｂの上部に溜まった再加湿された燃料および水蒸気が再添加された再循環燃料は、加湿器４Ｂの上部に設けられている配管２１へと導出される。配管２１に導出された再加湿された燃料および水蒸気が再添加された再循環燃料は、固体酸化物形燃料電池２へと導かれる。   The fuel rehumidified in the humidifier 4B and the recirculated fuel to which water vapor has been re-added accumulate in the upper portion of the humidifier 4B. The rehumidified fuel accumulated in the upper portion of the humidifier 4B and the recirculated fuel to which water vapor has been re-added are led out to the pipe 21 provided in the upper portion of the humidifier 4B. The rehumidified fuel led to the pipe 21 and the recirculated fuel to which water vapor has been re-added are led to the solid oxide fuel cell 2.

次に、固体酸化物形燃料電池２の本体内部を冷却する場合における燃料の流れについて説明する。
固体酸化物形燃料電池２の本体内を冷却するために、加湿器４Ｂに水を貯蔵する。固体酸化物形燃料電池２から配管２３、再循環ブロア６および制御弁７を経て配管２４へと導かれた再循環燃料は、配管２７に合流される。配管２７に合流された再循環ガスは、加湿器４Ａによって加湿された燃料と共に加湿器４Ｂへと導かれる。 Next, the flow of fuel when the inside of the main body of the solid oxide fuel cell 2 is cooled will be described.
In order to cool the inside of the main body of the solid oxide fuel cell 2, water is stored in the humidifier 4B. The recirculated fuel led from the solid oxide fuel cell 2 to the pipe 24 through the pipe 23, the recirculation blower 6 and the control valve 7 is joined to the pipe 27. The recirculated gas joined to the pipe 27 is guided to the humidifier 4B together with the fuel humidified by the humidifier 4A.

加湿器４Ｂでは、貯蔵されている水の温度がヒータによって調整される。加湿器４Ｂに貯蔵されている水の温度を調整することによって、加湿器４Ｂ内の水の温度と圧力から飽和分が決まる。水の飽和分が決まるので、加湿器４Ｂに導かれる再循環燃料中の水蒸気量を調整することができる。   In the humidifier 4B, the temperature of the stored water is adjusted by a heater. By adjusting the temperature of the water stored in the humidifier 4B, the saturation is determined from the temperature and pressure of the water in the humidifier 4B. Since the water saturation is determined, the amount of water vapor in the recirculated fuel guided to the humidifier 4B can be adjusted.

加湿器４Ｂ内で水蒸気量が調整された再循環燃料は、配管２１から固体酸化物形燃料電池２へと導かれる。加湿器４Ｂによって再循環燃料の水蒸気量を調整することによって、固体酸化物形燃料電池２に導かれる水蒸気量を、再循環燃料中および燃料中の炭素量に対して所定の割合にすることができる。   The recirculated fuel whose water vapor amount is adjusted in the humidifier 4B is guided from the pipe 21 to the solid oxide fuel cell 2. By adjusting the water vapor amount of the recirculated fuel by the humidifier 4B, the water vapor amount guided to the solid oxide fuel cell 2 can be set to a predetermined ratio with respect to the carbon amount in the recirculated fuel and the fuel. it can.

発電によって固体酸化物形燃料電池２内に生じた熱は、固体酸化物形燃料電池２に導かれた水蒸気量が調整された再循環燃料によって冷却される。   The heat generated in the solid oxide fuel cell 2 by power generation is cooled by the recirculated fuel in which the amount of water vapor introduced to the solid oxide fuel cell 2 is adjusted.

以上の通り、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムによれば、以下の作用効果を奏する。
加湿器４Ａ，４Ｂは、２つ設け、下流側の加湿器４Ｂに制御弁７からの燃料を導くこととしたので、下流側の加湿器４Ｂには、制御弁７からの燃料だけでなく上流側の加湿器４Ａからの燃料も導かれる。したがって、下流側の加湿器４Ｂによって最終的に必要な加湿量を決定することができる。そして、固体酸化物形燃料電池２の負荷状態に応じて各加湿器４Ａ，４Ｂによる加湿状態が変更可能とされるので、固体酸化物形燃料電池システム１を固体酸化物形燃料電池２の運転負荷変化に応じて運転することができる。 As described above, the solid oxide fuel cell system according to the present embodiment has the following effects.
Two humidifiers 4A and 4B are provided, and the fuel from the control valve 7 is guided to the downstream humidifier 4B. Therefore, not only the fuel from the control valve 7 but also the upstream is supplied to the downstream humidifier 4B. Fuel from the side humidifier 4A is also led. Therefore, the required humidification amount can be finally determined by the humidifier 4B on the downstream side. And since the humidification state by each humidifier 4A, 4B can be changed according to the load state of the solid oxide fuel cell 2, the solid oxide fuel cell system 1 is operated by the solid oxide fuel cell 2. It can be operated according to load changes.

１ 固体酸化物形燃料電池システム
２ 固体酸化物形燃料電池
３ 加湿手段 1 Solid oxide fuel cell system 2 Solid oxide fuel cell 3 Humidification means

Claims (4)

蒸気によって改質された燃料と空気とが導かれて電気を発生する固体酸化物形燃料電池と、
前記固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の一部が導かれ、燃料の流量を制御する制御弁と、
前記固体酸化物形燃料電池に導かれる燃料を加湿する加湿手段と、を備え、
該加湿手段には、前記制御弁を通過した燃料が導かれる固体酸化物形燃料電池システム。 A solid oxide fuel cell in which fuel reformed by steam and air are guided to generate electricity;
A part of the fuel derived from the solid oxide fuel cell is led, and a control valve for controlling the flow rate of the fuel;
Humidifying means for humidifying the fuel guided to the solid oxide fuel cell,
A solid oxide fuel cell system in which fuel that has passed through the control valve is guided to the humidifying means. 前記加湿手段は、液体が貯蔵される加湿器と、前記制御弁の下流側に設けられて前記加湿器の上流側と前記加湿器の下流側とに前記固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の流れる方向を切換える方向弁とを有し、
前記固体酸化物形燃料電池の負荷状態に応じて、前記方向弁を切換える請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。 The humidifier is provided from the solid oxide fuel cell to a humidifier in which a liquid is stored, and provided upstream of the control valve and upstream of the humidifier and downstream of the humidifier. A directional valve that switches the direction of fuel flow,
The solid oxide fuel cell system according to claim 1, wherein the directional valve is switched in accordance with a load state of the solid oxide fuel cell. 前記加湿手段は、液体が貯蔵される２つの加湿器を有し、
下流側の前記加湿器には、上流側の前記加湿器および前記制御弁から燃料および燃料が導かれ、前記固体酸化物形燃料電池の負荷状態に応じて各前記加湿器による加湿状態を変更可能とされる請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。 The humidifying means has two humidifiers in which liquid is stored,
Fuel and fuel are led to the humidifier on the downstream side from the humidifier and the control valve on the upstream side, and the humidification state by each humidifier can be changed according to the load state of the solid oxide fuel cell The solid oxide fuel cell system according to claim 1, wherein 蒸気によって改質された燃料と空気とが導かれて電気を発生する固体酸化物形燃料電池と、
前記固体酸化物形燃料電池から導出された燃料の流量を制御する制御弁と、
前記制御弁を通過した燃料を加湿する加湿手段と、を備え、
前記制御弁は、前記固体酸化物形燃料電池の負荷が所望負荷以下の場合には、前記固体酸化物形燃料電池から導出される燃料を増加させるように切換えられ、前記固体酸化物形燃料電池の負荷が所望負荷以上の場合には、前記固体酸化物形燃料電池から導出される燃料を減少させるように切換えられる固体酸化物形燃料電池システムの制御方法。 A solid oxide fuel cell in which fuel reformed by steam and air are guided to generate electricity;
A control valve for controlling the flow rate of fuel derived from the solid oxide fuel cell;
Humidifying means for humidifying the fuel that has passed through the control valve,
The control valve is switched to increase the fuel derived from the solid oxide fuel cell when the load of the solid oxide fuel cell is less than or equal to a desired load, and the solid oxide fuel cell A control method for a solid oxide fuel cell system that is switched so as to reduce the fuel derived from the solid oxide fuel cell when the load of the fuel is higher than a desired load.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018092782A (en) * 2016-12-02 2018-06-14 アイシン精機株式会社 Fuel cell system

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