JP2014107215A - Operation method of fuel cell system - Google Patents
Operation method of fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014107215A JP2014107215A JP2012261234A JP2012261234A JP2014107215A JP 2014107215 A JP2014107215 A JP 2014107215A JP 2012261234 A JP2012261234 A JP 2012261234A JP 2012261234 A JP2012261234 A JP 2012261234A JP 2014107215 A JP2014107215 A JP 2014107215A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- ion exchange
- cell system
- exchange resin
- power generation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムの運用方法に関し、より詳しくは、燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法に関する。 The present invention relates to an operation method of a fuel cell system, and more particularly to an operation method of a fuel cell system including a fuel processing device for producing fuel hydrogen for a fuel cell.
〈従来技術〉
燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムでは、天然ガスや都市ガス等の原料ガスから水素を生成する水蒸気改質反応や燃料電池スタックの冷却用として高純度の水（一般的に１．０μＳ／ｃｍ以下）が必要とされるが、この水は、通常、燃料電池システム内で生成されるドレン水を水処理器で処理することによって供給されている。
<Conventional technology>
In a fuel cell system including a fuel processor for producing fuel hydrogen for fuel cells, high-purity water (for steam reforming reaction for generating hydrogen from raw gas such as natural gas and city gas) and cooling of the fuel cell stack ( In general, this water is supplied by treating drain water generated in the fuel cell system with a water treatment device.
水処理器としては、現在、イオン交換樹脂を使用する水処理器が広く用いられており、水処理器ではイオン交換により除去、あるいは回収すべきイオンをイオン交換樹脂に捕捉する。捕捉したイオンで飽和に近くなったイオン交換樹脂は再生または交換する必要があるが、燃料処理装置を含む燃料電池システム内で生成されるドレン水を処理するイオン交換樹脂は定期的に交換する運用がなされている。 At present, a water treatment device using an ion exchange resin is widely used as the water treatment device, and the water treatment device captures ions to be removed or recovered by ion exchange in the ion exchange resin. It is necessary to regenerate or replace the ion exchange resin that is close to saturation with the trapped ions, but the ion exchange resin that treats the drain water generated in the fuel cell system including the fuel processor is periodically replaced. Has been made.
燃料処理装置を含む燃料電池システム内で生成されるドレン水には、燃料電池システム内からの溶出物や燃料処理装置での反応生成物などが含まれるが、特に、原料ガスに窒素が含まれる場合、水蒸気改質反応の副生成物として生成されるアンモニアがカチオン成分のうち大きな割合を占める。また、この窒素由来のアンモニア濃度は出力が低出力であるほど高くなる。 The drain water generated in the fuel cell system including the fuel processing device includes eluate from the fuel cell system and reaction products in the fuel processing device. In particular, the source gas includes nitrogen. In this case, ammonia produced as a by-product of the steam reforming reaction accounts for a large proportion of the cation component. In addition, the concentration of ammonia derived from nitrogen increases as the output decreases.
前述のとおり、水処理器で容器に充填、使用するイオン交換樹脂はその使用目的で使用し続けると飽和状態となるので交換する必要がある。現在、定期交換部品であるイオン交換樹脂の交換周期は、累積発電電力量（ｋＷｈ）または設置年数あるいは通電時間で決められている。 As described above, the ion exchange resin that is filled and used in a container with a water treatment device becomes saturated when used for its intended purpose, and needs to be replaced. At present, the replacement cycle of the ion exchange resin, which is a regular replacement part, is determined by the accumulated power generation amount (kWh), the installation year, or the energization time.
累積発電電力量（ｋＷｈ）を交換基準とした場合、平均発電出力が低い物件である燃料電池システム（すなわち、ｋＷ当たりのアンモニア濃度が高い）を想定して定期メンテナンス周期を設定すると、平均発電出力が高い物件である燃料電池システム（すなわち、ｋＷ当たりのアンモニア濃度が低い）のイオン交換樹脂は、まだ十分イオン交換が可能であるのに定期交換されてしまうという問題があった。そのように、十分イオン交換が可能であるのに定期交換されてしまうと言うことは、すなわち、イオン交換能力を十分利用できていないことを意味する。 If the cumulative power generation amount (kWh) is used as the replacement standard, the average power generation output is set when a periodic maintenance cycle is set assuming a fuel cell system (that is, the ammonia concentration per kW is high) that is a property with a low average power generation output. However, there is a problem that the ion exchange resin of the fuel cell system (that is, the ammonia concentration per kW is low), which is a high property, is regularly exchanged even though the ion exchange is still possible. As described above, the fact that the ion exchange is possible even though the ion exchange is sufficiently possible means that the ion exchange capacity is not sufficiently utilized.
それとは逆に、平均発電出力が高い物件である燃料電池システムを想定して、定期メンテナンス周期を設定すると、平均発電出力が低い物件である燃料電池システムにおいて、イオン交換樹脂の破過を引き起こしてしまうという課題がある。 On the other hand, assuming a fuel cell system with high average power generation output and setting a regular maintenance cycle, it will cause breakthrough of ion exchange resin in the fuel cell system with low average power output. There is a problem of end.
また、設置年数あるいは通電時間を交換基準とした場合、その設置年数あるいは通電時間中に、発電時間が短い物件である燃料電池システムにおいて、まだ十分イオン交換が可能なイオン交換樹脂が残り、イオン交換可能なマージン部分のイオン交換樹脂を有効に利用できないという課題があった。 In addition, when the installation year or energization time is used as an exchange standard, ion exchange resin that can still sufficiently exchange ions remains in the fuel cell system that has short generation time during the installation year or energization time. There is a problem that the ion exchange resin in a possible margin portion cannot be effectively used.
本発明は、特に、窒素含有原料ガスを使用する燃料電池システム（国産天然ガス対応、海外対応など）において、定期交換部品であるイオン交換樹脂の、従来の取り替え基準では利用できなかったイオン交換可能な部分を有効活用することで、定期メンテナンスに関わる人件費等の運用コスト削減、イオン交換樹脂の材料コスト削減、イオン交換樹脂サイズ縮小によるシステムの小型化などに寄与することができる燃料電池システムの運用方法を提供することを目的とするものである。 In particular, in the fuel cell system using the nitrogen-containing source gas (for domestic natural gas, overseas, etc.), the ion exchange resin, which is a regular replacement part, can be used for ion exchange that cannot be used by conventional replacement standards. By effectively utilizing these parts, it is possible to reduce the operating costs such as labor costs related to regular maintenance, reduce the material cost of ion exchange resin, and reduce the size of the system by reducing the size of the ion exchange resin. The purpose is to provide an operation method.
本発明（１）は、燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法であって、ある基準の累積発電電力量に到達したときに、（ａ）それまでの平均発電出力がある基準以下ならイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、（ｂ）ある基準以上ならば継続運転させることを特徴とする燃料電池システムの運用方法である。 The present invention (1) is a method of operating a fuel cell system including a fuel processor for producing fuel hydrogen for a fuel cell. When a certain amount of accumulated power generation is reached, (a) When the average power generation output is below a certain standard, an ion exchange resin replacement alarm is issued, and (b) the fuel cell system is operated continuously if it exceeds a certain standard.
本発明（２）は、燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法であって、ある基準の累積発電電力量に到達したときに、（ａ）それまでの平均発電出力がある基準以下ならイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、（ｂ）ある基準以上ならば継続運転させ、且つ（ｃ）、（ａ）〜（ｂ）の運用パターンを複数回繰り返すことを特徴とする燃料電池システムの運用方法である。 The present invention (2) is a method of operating a fuel cell system including a fuel processor for producing fuel hydrogen for a fuel cell. When a certain amount of accumulated generated power is reached, (a) If the average power generation output is below a certain standard, an alarm for ion exchange resin replacement is issued, (b) if it exceeds a certain standard, the operation is continued, and the operation patterns (c) and (a) to (b) are repeated a plurality of times. This is a method for operating a fuel cell system.
本発明（３）は、燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法であって、ある基準の累積発電電力量に到達したときに、（ａ）それまでの平均発電出力がある基準以下ならイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、（ｂ）ある基準以上ならば継続運転させ、（ｃ）設置年数がある基準に達したときにイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報する運用方法を組み合わせることを特徴とする燃料電池システムの運用方法である。 The present invention (3) is a method of operating a fuel cell system including a fuel processor for producing fuel hydrogen for a fuel cell. When a certain amount of accumulated power generation is reached, (a) If the average power generation output is below a certain standard, an alarm for ion exchange resin replacement is issued. (B) If the standard output is above a certain standard, the operation is continued. (C) Alarm for ion exchange resin replacement when the installation age reaches a certain standard. This is a method for operating a fuel cell system, which is characterized by combining operation methods for issuing a warning.
本発明（４）は、燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法であって、ある基準の累積発電電力量に到達したときに、（ａ）それまでの平均発電出力がある基準以下ならイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、（ｂ）ある基準以上ならば継続運転させ、（ｃ）通電時間がある基準に達したときにイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報する運用方法を組み合わせることを特徴とする燃料電池システムの運用方法である。 The present invention (4) is a method of operating a fuel cell system including a fuel processor for producing fuel hydrogen for a fuel cell. When a certain amount of accumulated power generation is reached, (a) If the average power generation output is below a certain standard, an alarm for ion exchange resin replacement is issued. (B) If it exceeds a certain standard, the operation is continued. (C) Alarm for ion exchange resin replacement when the energization time reaches a certain standard. This is a method for operating a fuel cell system, which is characterized by combining operation methods for issuing a warning.
本発明（５）は、燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法であって、ある基準の累積発電電力量に到達したときに、（ａ）それまでの平均発電出力がある基準以下ならイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、（ｂ）ある基準以上ならば継続運転させ、且つ、前記（ａ）〜（ｂ）の運用パターンを複数回繰り返すとともに、（ｃ）設置年数がある基準に達したときにイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報することを特徴とする燃料電池システムの運用方法である。 The present invention (5) is a method of operating a fuel cell system including a fuel processor for producing fuel hydrogen for a fuel cell. When a certain amount of accumulated power generation is reached, (a) If the average power generation output is below a certain standard, an ion exchange resin replacement alarm is issued, (b) if it is above a certain standard, the operation is continued, and the operation patterns (a) to (b) are repeated a plurality of times, (C) An operation method of a fuel cell system, wherein an alarm of ion exchange resin replacement is issued when an installation age reaches a certain standard.
本発明（６）は、燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法であって、ある基準の累積発電電力量に到達したときに、（ａ）それまでの平均発電出力がある基準以下ならイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、（ｂ）ある基準以上ならば継続運転させ、且つ、前記（ａ）〜（ｂ）の運用パターンを複数回繰り返すとともに、（ｃ）通電時間がある基準に達したときにイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報することを特徴とする燃料電池システムの運用方法である。 The present invention (6) is a method of operating a fuel cell system including a fuel processor for producing fuel hydrogen for a fuel cell. When a certain amount of accumulated generated power is reached, (a) If the average power generation output is below a certain standard, an ion exchange resin replacement alarm is issued, (b) if it is above a certain standard, the operation is continued, and the operation patterns (a) to (b) are repeated a plurality of times, (C) An operation method of a fuel cell system, wherein an alarm for ion exchange resin replacement is issued when an energization time reaches a certain standard.
本発明（７）は、本発明（１）〜（６）のいずれかの燃料電池システムの運用方法において、累積発電電力量（ｋＷｈ）や設置時間のみで判断するのではなく、各種運転履歴と合わせて判断することを特徴とする燃料電池システムの運用方法である。 In the operation method of the fuel cell system according to any one of the present inventions (1) to (6), the present invention (7) is not based on only the cumulative power generation amount (kWh) or the installation time, It is the operation method of the fuel cell system characterized by determining together.
本発明（８）は、本発明（７）の燃料電池システムの運用方法において、前記各種運転履歴が平均発電出力、各種温度、各種流量等であることを特徴とする燃料電池システムの運用方法である。 The present invention (8) is an operation method of a fuel cell system according to the present invention (7), wherein the various operation histories are average power generation output, various temperatures, various flow rates, and the like. is there.
従来は、累積発電電力量又は設置年数あるいは通電時間で、定期メンテナンス頻度を決定していた。しかし、原料ガス中にアンモニアが含まれる場合は、発電出力によってイオン負荷が異なるため（低出力ほどアンモニウムイオン濃度が高い）、対象物件である燃料電池システムによっては、イオン交換樹脂の交換容量を十分使いきれずに定期交換されていた。本発明によって、これまで利用できなかったイオン交換樹脂の未利用部分を有効活用することができる。これにより、定期メンテナンスに関わる人件費等の運用コストの削減、イオン交換樹脂材料のコスト削減、イオン交換樹脂を充填使用する装置サイズの縮小によるシステムの小型化などに寄与することができる。 Conventionally, the periodic maintenance frequency is determined by the accumulated power generation amount, the installation year, or the energization time. However, when ammonia is contained in the raw material gas, the ion load varies depending on the power generation output (the lower the output, the higher the ammonium ion concentration). Therefore, depending on the target fuel cell system, sufficient ion exchange resin exchange capacity is available. It was regularly replaced without being used up. By this invention, the unused part of the ion exchange resin which could not be utilized until now can be used effectively. As a result, it is possible to contribute to reductions in operating costs such as labor costs related to periodic maintenance, cost reductions in ion exchange resin materials, and downsizing of the system by reducing the size of the apparatus that is charged and used with ion exchange resins.
本発明によれば、特に、窒素含有原料ガスを使用する燃料電池システム（国産天然ガス対応、海外対応など）において、定期交換部品であるイオン交換樹脂の、従来の取り替え基準では利用できなかったイオン交換可能な部分を有効活用することで、定期メンテナンスに関わる人件費等の運用コスト削減、イオン交換樹脂の材料コスト削減、イオン交換樹脂装置のサイズ縮小によるシステムの小型化などに寄与することができる。 According to the present invention, in particular, in a fuel cell system using a nitrogen-containing source gas (for domestic natural gas, overseas, etc.), the ion exchange resin that is a periodic replacement part cannot be used according to the conventional replacement standard. Effective use of replaceable parts can contribute to reductions in operating costs such as labor costs related to regular maintenance, material cost reduction of ion exchange resin, and downsizing of the system by reducing the size of ion exchange resin equipment. .
本発明（１）は、燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法である。そして、ある基準の累積発電電力量に到達したときに、（ａ）それまでの平均発電出力がある基準以下ならイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、（ｂ）ある基準以上ならば継続運転させることを特徴とする。すなわち、燃料電池システムでは、ある基準の累積発電電力量に到達したときに、それまでの平均発電出力がある基準以下ならイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、ある基準以上ならは、継続運転させる燃料電池システムの運用方法である。 The present invention (1) is an operation method of a fuel cell system including a fuel processing device for producing fuel hydrogen for a fuel cell. When the accumulated power generation amount reaches a certain standard, (a) if the average power generation output up to that point is below a certain standard, an ion exchange resin replacement alarm is issued. It is characterized by making it. That is, in the fuel cell system, when a certain amount of accumulated power generation is reached, an ion exchange resin replacement alarm is issued if the average power generation output so far is below a certain standard, and if it exceeds a certain standard, continuous operation is continued. This is a method of operating the fuel cell system.
本発明（２）は、燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法である。そして、ある基準の累積発電電力量に到達したときに、（ａ）それまでの平均発電出力がある基準以下ならイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、（ｂ）ある基準以上ならば継続運転させ、且つ（ｃ）、（ａ）〜（ｂ）の運用パターンを複数回繰り返すことを特徴とする。すなわち、本発明（１）の運用パターンを複数回繰り返す運用方法である。 The present invention (2) is an operation method of a fuel cell system including a fuel processing device for producing fuel hydrogen for a fuel cell. When the accumulated power generation amount reaches a certain standard, (a) if the average power generation output up to that point is below a certain standard, an ion exchange resin replacement alarm is issued. And the operation patterns (c) and (a) to (b) are repeated a plurality of times. That is, the operation method of repeating the operation pattern of the present invention (1) a plurality of times.
本発明（３）は、燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法である。そして、ある基準の累積発電電力量に到達したときに、（ａ）それまでの平均発電出力がある基準以下ならイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、（ｂ）ある基準以上ならば継続運転させ、（ｃ）設置年数がある基準に達したときにイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報する運用方法を組み合わせることを特徴とする。
すなわち、本発明（３）は、本発明（１）と、設置年数がある基準に達したときにイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報する運用方法を組み合わせた運用方法である。
The present invention (3) is an operation method of a fuel cell system including a fuel processing device for producing fuel hydrogen for a fuel cell. When the accumulated power generation amount reaches a certain standard, (a) if the average power generation output up to that point is below a certain standard, an ion exchange resin replacement alarm is issued. And (c) combining operation methods for issuing an ion exchange resin replacement alarm when the installation years reach a certain standard.
That is, the present invention (3) is an operation method that combines the present invention (1) and an operation method that issues an alarm for ion exchange resin replacement when the installation age reaches a certain standard.
本発明（４）は、燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法である。そして、ある基準の累積発電電力量に到達したときに、（ａ）それまでの平均発電出力がある基準以下ならイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、（ｂ）ある基準以上ならば継続運転させ、（ｃ）通電時間がある基準に達したときにイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報する運用方法を組み合わせることを特徴とする。
すなわち、本発明（４）は、本発明（１）と、通電時間がある基準に達したときにイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報する運用方法を組み合わせた運用方法である。
The present invention (4) is a method for operating a fuel cell system including a fuel processing device for producing fuel hydrogen for a fuel cell. When the accumulated power generation amount reaches a certain standard, (a) if the average power generation output up to that point is below a certain standard, an ion exchange resin replacement alarm is issued. And (c) a combination of operation methods for issuing an alarm for ion exchange resin replacement when the energization time reaches a certain standard.
That is, the present invention (4) is an operation method that combines the present invention (1) and an operation method that issues an alarm for ion exchange resin replacement when the energization time reaches a certain reference.
本発明（５）は、燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法である。そして、ある基準の累積発電電力量に到達したときに、（ａ）それまでの平均発電出力がある基準以下ならイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、（ｂ）ある基準以上ならば継続運転させ、且つ、前記（ａ）〜（ｂ）の運用パターンを複数回繰り返すとともに、（ｃ）設置年数がある基準に達したときにイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報することを特徴とする。
すなわち、本発明（５）は、本発明（２）と、設置年数がある基準に達したときにイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報する運用方法を組み合わせた運用方法である。
The present invention (5) is a method of operating a fuel cell system including a fuel processing device for producing fuel hydrogen for a fuel cell. When the accumulated power generation amount reaches a certain standard, (a) if the average power generation output up to that point is below a certain standard, an ion exchange resin replacement alarm is issued. In addition, the operation patterns (a) to (b) are repeated a plurality of times, and (c) an ion exchange resin replacement alarm is issued when the installation years reach a certain standard.
That is, the present invention (5) is an operation method that combines the present invention (2) and an operation method that issues an alarm for ion exchange resin replacement when the installation age reaches a certain standard.
本発明（６）は、燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法である。そして、ある基準の累積発電電力量に到達したときに、（ａ）それまでの平均発電出力がある基準以下ならイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、（ｂ）ある基準以上ならば継続運転させ、且つ、前記（ａ）〜（ｂ）の運用パターンを複数回繰り返すとともに、（ｃ）通電時間がある基準に達したときにイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報することを特徴とする。
すなわち、本発明（６）は、本発明（２）と、通電時間がある基準に達したときにイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報する運用方法を組み合わせた運用方法である。
The present invention (6) is an operation method of a fuel cell system including a fuel processing device for producing fuel hydrogen for a fuel cell. When the accumulated power generation amount reaches a certain standard, (a) if the average power generation output up to that point is below a certain standard, an ion exchange resin replacement alarm is issued. In addition, the operation patterns (a) to (b) are repeated a plurality of times, and (c) an ion exchange resin replacement alarm is issued when the energization time reaches a certain standard.
That is, the present invention (6) is an operation method that combines the present invention (2) and an operation method that issues an alarm for ion exchange resin replacement when the energization time reaches a certain standard.
本発明（７）は、本発明（１）〜（６）のいずれかの燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法において、累積発電電力量（ｋＷｈ）や設置時間のみで判断するのではなく、各種運転履歴と合わせて判断することを特徴とする。 The present invention (7) is a method for operating a fuel cell system including a fuel processor for producing fuel hydrogen for a fuel cell according to any one of the present inventions (1) to (6). It is characterized not by judging only by installation time but by judging together with various operation histories.
本発明（８）は、本発明（７）の燃料電池用の燃料水素を製造する燃料処理装置を含む燃料電池システムの運用方法において、前記各種運転履歴が平均発電出力、各種温度、各種流量等であることを特徴とする燃料電池システムの運用方法である。 According to the present invention (8), in the operation method of the fuel cell system including the fuel processing device for producing fuel hydrogen for the fuel cell of the present invention (7), the various operation histories include an average power generation output, various temperatures, various flow rates, and the like. This is a method for operating a fuel cell system.
本発明（１）〜（６）の運用方法は、現状で課題となっている原料ガス中の窒素由来のアンモニアに対応した定期メンテナンスの仕様（方法）であるが、本発明（７）〜（８）の運用方法は、累積発電電力量（ｋＷｈ）や設置時間のみで判断するのではなく、各種運転履歴（平均発電出力、各種温度、各種流量）等と合わせて判断するものである。 The operation method of the present invention (1) to (6) is a specification (method) of periodic maintenance corresponding to ammonia derived from nitrogen in the raw material gas, which is currently a problem, but the present invention (7) to ( The operation method of 8) is determined based on not only the accumulated power generation amount (kWh) and the installation time but also various operation histories (average power generation output, various temperatures, various flow rates) and the like.
〈本発明の基本構成〉
本発明の基本構成、基本的考え方を図１〜３に示している。燃料電池システムの累積発電電力量がある一定値「ＸｋＷｈ」に到達した際に、平均発電出力を確認する。その平均発電出力の値が、ある一定基準「ａｋＷ」以下であれば、定期メンテナンスアラームを発報し（すなわち、定期メンテナンスが必要との警告を発して知らせる）、イオン交換樹脂を取り替える。また、ある一定基準以上であれば、運転を継続させる。このような平均発電出力の確認、および定期メンテナンスアラームの発報か運転継続かの判別を１回または複数回繰り返す。
<Basic configuration of the present invention>
The basic configuration and basic concept of the present invention are shown in FIGS. When the amount of accumulated power generation of the fuel cell system reaches a certain value “XkWh”, the average power generation output is confirmed. If the value of the average power generation output is equal to or less than a certain standard “akW”, a periodic maintenance alarm is issued (that is, a warning that periodic maintenance is necessary is issued), and the ion exchange resin is replaced. If it is above a certain standard, the operation is continued. Such confirmation of average power generation output and determination of whether a periodic maintenance alarm is issued or operation is continued are repeated once or a plurality of times.
本発明の基本構成、基本的考え方を図１〜３に示している。燃料電池システムの累積発電電力量がある一定値「ＸｋＷｈ」に到達した際に、平均発電出力を確認する。その平均発電出力の値が、ある一定基準「ａｋＷ」以下であれば、定期メンテナンスアラームを発報し、すなわち定期メンテナンスが必要との警告を発して知らせて、イオン交換樹脂を取り替える。また、ある一定基準以上であれば、運転を継続させる。このような平均発電出力の確認、および定期メンテナンスアラーム発報か運転継続かの判別を１回または複数回繰り返す。図３の場合は２回の繰り返しの場合である。 The basic configuration and basic concept of the present invention are shown in FIGS. When the amount of accumulated power generation of the fuel cell system reaches a certain value “XkWh”, the average power generation output is confirmed. If the value of the average power generation output is less than a certain standard “akW”, a periodic maintenance alarm is issued, that is, a warning that periodic maintenance is necessary is issued and the ion exchange resin is replaced. If it is above a certain standard, the operation is continued. Such confirmation of average power generation output and periodic maintenance alarm generation or operation continuation are repeated once or a plurality of times. The case of FIG. 3 is a case of two repetitions.
〈実施の一例〉
本例では窒素０．５％（容量％、以下同じ）を含む原料ガスを使用する場合を例としている。これを前提に、定格発電出力１ｋＷの燃料電池システムのイオン交換樹脂の定期交換運用方法を検討し、本発明によるイオン交換樹脂の材料コスト削減効果、メリットを定量的に示している。表１に、窒素０．５％の原料ガスを使用した出力１ｋＷ級のＰＥＦＣシステム（改質触媒Ｒｕ系）でのドレン水中のカチオン成分濃度を示す。表１中、符号“ＴＣ”は、ドレン水中の“Ｔotal Ｃation”の意味である。
<Example of implementation>
In this example, a case where a source gas containing 0.5% nitrogen (volume%, the same applies hereinafter) is used as an example. Based on this assumption, the periodic exchange operation method of the ion exchange resin of the fuel cell system with a rated power output of 1 kW is studied, and the material cost reduction effect and merit of the ion exchange resin according to the present invention are quantitatively shown. Table 1 shows the cation component concentration in the drain water in the PEFC system (reforming catalyst Ru system) with an output of 1 kW using a raw material gas of 0.5% nitrogen. In Table 1, the symbol “TC” means “Total Cation” in the drain water.
本結果により、原料ガスに窒素が含まれ、改質触媒としてＲｕ系触媒が使用される場合、カチオン成分として、アンモニウムイオンが大部分を占めることがわかる。
したがって、本イオン交換樹脂の設計においては、カチオン負荷としてアンモニウムイオンのみを考慮している。他のカチオン成分は無視できるほど小さい。また、イオン負荷のうち、アニオン負荷と比較し、カチオン負荷の方が大きいため、ここではカチオン樹脂の寿命について説明する。
From this result, it can be seen that when the source gas contains nitrogen and a Ru-based catalyst is used as the reforming catalyst, ammonium ions occupy most of the cation component.
Therefore, in the design of the present ion exchange resin, only ammonium ions are considered as the cation load. Other cationic components are negligibly small. Moreover, since the cation load is larger than the anion load among the ionic loads, the lifetime of the cation resin will be described here.
まず、あるカチオン交換樹脂を想定した場合の、平均出力と樹脂の寿命について試算する。
例えば、交換容量２．０ｅｑ/Ｌ−Ｒのカチオン樹脂を１Ｌ使用する場合、有効利用率を０．５とすると、交換可能イオン量は、
For example, when 1 L of a cation resin having an exchange capacity of 2.0 eq / LR is used, assuming that the effective utilization rate is 0.5, the exchangeable ion amount is
一方、ドレン水の量を１０ｍｌ/ｍｉｎ/ｋＷ（＝０．６Ｌ/ｋＷｈ）とすると、３００Ｗ運転時のカチオン交換樹脂の寿命は、
また、１０００Ｗ運転時のカチオン交換樹脂の寿命は、下記のとおりとなる。
Moreover, the lifetime of the cation exchange resin at the time of 1000W operation is as follows.
ここで、３００Ｗ運転時と１０００Ｗ運転時における平均出力とカチオン交換樹脂の寿命を図示し、線形近似直線により、５００Ｗ平均発電時と７００Ｗ平均発電時のカチオン寿命を推定したグラフを図２に示している。 Here, the average output and the lifetime of the cation exchange resin at the time of 300 W operation and 1000 W operation are illustrated, and a graph in which the cation lifetime at the time of 500 W average power generation and 700 W average power generation is estimated by a linear approximation line is shown in FIG. Yes.
ここで、前記“・・・ある基準の累積発電電力量に到達したときに、（ａ）それまでの平均発電出力がある基準以下ならイオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、・・・”との記載での“ある基準”の意味については、実機ＰＥＦＣを例に説明すると、以下のとおりである。実機ＰＥＦＣでの発電開始から累積発電電力量が例えば９８０ｋＷｈに到達したときに、当該実機ＰＥＦＣでの平均発電出力を確認する。そして、当該実機ＰＥＦＣで確認した平均発電出力が５００Ｗ以下であると、イオン交換樹脂取り替えのアラームを発報し、それとは逆に、当該実機ＰＥＦＣで確認した平均発電出力が５００Ｗを超えていると、運転を継続する。 Here, "... When the accumulated power generation amount of a certain standard is reached, (a) If the average power generation output up to that point is below a certain standard, an alarm for ion exchange resin replacement is issued. The meaning of “certain standard” in the description is as follows when an actual PEFC is described as an example. When the accumulated power generation amount reaches, for example, 980 kWh from the start of power generation in the actual machine PEFC, the average power generation output in the actual machine PEFC is confirmed. If the average power output confirmed by the actual machine PEFC is 500 W or less, an alarm for ion exchange resin replacement is issued, and conversely, if the average power output confirmed by the actual machine PEFC exceeds 500 W Continue driving.
従来仕様のように、累積発電電力量を交換基準とする場合、基本的には、累積発電電力量（ｋＷｈ）あたりのアンモニア量が最も高い３００Ｗでの発電時でもイオン交換樹脂が破過しないように設計する必要がある。すなわち、平均出力が高ければ、比較的長い寿命を有するのにも関わらず、９８０ｋＷｈで交換しなければならない。 When the accumulated power generation amount is used as a replacement standard as in the conventional specification, basically, the ion exchange resin does not break through even when generating power at 300 W, the highest ammonia amount per cumulative power generation amount (kWh). It is necessary to design to. That is, if the average power is high, it must be replaced at 980 kWh despite having a relatively long life.
ここで、図１のフローの一例として本検討つまり以上の検討結果を反映させたフローを図３に示している。また、大規模実証機（３２４物件：ＰＥＦＣ実証機）のデータから、各平均出力の台数割合を表２に示している。 Here, as an example of the flow of FIG. 1, FIG. 3 shows a flow reflecting the present study, that is, the above examination results. In addition, Table 2 shows the ratio of the number of each average output based on the data of a large-scale demonstration machine (324 properties: PEFC demonstration machine).
従来の累積発電電力量による交換基準によると、９８０ｋＷｈで全てのイオン交換樹脂を取り替える必要があったが、本発明を適用、応用すると、１６％の物件（ＰＥＦＣ実証機、以下同じ）は９８０ｋＷｈまで、４３％の物件は１５３７ｋＷｈまで、４１％の物件は２０７３ｋＷｈまで、取り替える必要がない。 According to the conventional exchange standard based on accumulated power generation amount, it was necessary to replace all ion exchange resins at 980 kWh. However, when the present invention is applied and applied, up to 980 kWh of 16% properties (PEFC demonstration machine, the same applies hereinafter) 43% of properties up to 1537 kWh and 41% of properties up to 2073 kWh do not need to be replaced.
すなわち、下記式：により、本発明の適用により、平均で１．７倍、カチオン交換樹脂の寿命を延伸させることができる。
なお、本試算では、安全率や、寿命を迎える前に、定期メンテナンスアラームを発報するマージン期間等は考慮していないが、実際の設計では考慮する必要がある。 In this trial calculation, the safety factor and the margin period for issuing a periodic maintenance alarm before the end of the service life are not taken into consideration, but it is necessary to consider them in actual design.
本発明によると、燃料電池システムの定期交換部品であるイオン交換樹脂の交換周期を平均出力に応じて変化させることで、従来は利用できなかったイオン交換可能な部分を有効利用することができる。 According to the present invention, by changing the replacement cycle of the ion exchange resin, which is a periodic replacement part of the fuel cell system, according to the average output, it is possible to effectively use the ion-exchangeable portion that could not be used conventionally.
燃料電池システムの燃料改質器において、窒素含有原料ガスが利用される際、副生物としてアンモニアが発生し、イオン交換樹脂の負荷となる。このアンモニア濃度は、低出力であるほど高くなることが知られているが、本発明においては、燃料電池システムの定期交換部品であるイオン交換樹脂の交換周期を、平均出力に応じて変化させることで、従来は利用できなかったイオン交換可能のマージン部分を有効に利用することができる。
When a nitrogen-containing source gas is used in a fuel reformer of a fuel cell system, ammonia is generated as a by-product and becomes a load of an ion exchange resin. It is known that the ammonia concentration increases as the output decreases, but in the present invention, the replacement cycle of the ion exchange resin that is a periodic replacement part of the fuel cell system is changed according to the average output. Thus, it is possible to effectively use a margin part capable of ion exchange, which has not been conventionally available.
Claims (8)
8. The method of operating a fuel cell system according to claim 7, wherein the various operation histories are average power generation output, various temperatures, various flow rates, and the like.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012261234A JP2014107215A (en) | 2012-11-29 | 2012-11-29 | Operation method of fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012261234A JP2014107215A (en) | 2012-11-29 | 2012-11-29 | Operation method of fuel cell system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014107215A true JP2014107215A (en) | 2014-06-09 |
Family
ID=51028509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012261234A Pending JP2014107215A (en) | 2012-11-29 | 2012-11-29 | Operation method of fuel cell system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2014107215A (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003031247A (en) * | 2001-07-12 | 2003-01-31 | Osaka Gas Co Ltd | Solid polymer electrolyte fuel cell power generating system |
| JP2010176946A (en) * | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Kyocera Corp | Fuel battery device |
| JP2011003483A (en) * | 2009-06-22 | 2011-01-06 | Ebara Corp | Method of operating fuel cell system, and fuel cell system |
| WO2011111336A1 (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-15 | パナソニック株式会社 | Fuel cell system and feeding control system using same |
| JP2012109064A (en) * | 2010-11-16 | 2012-06-07 | Panasonic Corp | Fuel cell power generation system |
| JP2012169047A (en) * | 2011-02-10 | 2012-09-06 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2012212660A (en) * | 2011-03-23 | 2012-11-01 | Panasonic Corp | Fuel cell power generation device |
-
2012
- 2012-11-29 JP JP2012261234A patent/JP2014107215A/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003031247A (en) * | 2001-07-12 | 2003-01-31 | Osaka Gas Co Ltd | Solid polymer electrolyte fuel cell power generating system |
| JP2010176946A (en) * | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Kyocera Corp | Fuel battery device |
| JP2011003483A (en) * | 2009-06-22 | 2011-01-06 | Ebara Corp | Method of operating fuel cell system, and fuel cell system |
| WO2011111336A1 (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-15 | パナソニック株式会社 | Fuel cell system and feeding control system using same |
| JP2012109064A (en) * | 2010-11-16 | 2012-06-07 | Panasonic Corp | Fuel cell power generation system |
| JP2012169047A (en) * | 2011-02-10 | 2012-09-06 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2012212660A (en) * | 2011-03-23 | 2012-11-01 | Panasonic Corp | Fuel cell power generation device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kim et al. | Unveiling electrode–electrolyte design-based NO reduction for NH3 synthesis | |
| Taner et al. | Techno‐economic analysis of a more efficient hydrogen generation system prototype: a case study of PEM electrolyzer with Cr‐C coated SS304 bipolar plates | |
| Wang et al. | Can sustainable ammonia synthesis pathways compete with fossil-fuel based Haber–Bosch processes? | |
| US8419922B2 (en) | Efficient production of hydrogen | |
| US20160318760A1 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR EFFICIENT ON-DEMAND PRODUCTION OF H2 and O2 FROM WATER USING WASTE HEAT AND ENVIRONMENTALLY SAFE METALS | |
| Siddiqui et al. | A new solar energy system for ammonia production and utilization in fuel cells | |
| DE10196276T5 (en) | Reformate fuel treatment system for a fuel cell power plant | |
| JP4853600B2 (en) | Fuel cell system and power supply control system using the same | |
| EP2657371A1 (en) | Fuel production system | |
| Liu et al. | Highly dispersed copper-iron nanoalloy enhanced electrocatalytic reduction coupled with plasma oxidation for ammonia synthesis from ubiquitous air and water | |
| JP2014107215A (en) | Operation method of fuel cell system | |
| Schropp et al. | Environmental and material criticality assessment of hydrogen production via anion exchange membrane electrolysis | |
| JP2008300058A (en) | Fuel cell device | |
| JP4954926B2 (en) | Water treatment device and fuel cell power generation device | |
| Zhang et al. | CaO2/UV process for one-step phosphorus removal and recovery from hypophosphite: simultaneous oxidation and precipitation | |
| Shen et al. | Influence of some parameters on membrane-free electrodeionization for the purification of wastewater containing nickel ions | |
| JP2005068337A (en) | Desulfurization apparatus for liquified petroleum gas and catalyst for decomposing carbonyl sulfide | |
| JP2019026858A (en) | Electrolysis system, and electric power control method of electrolysis system | |
| JP2006294466A (en) | Fuel cell power generation system | |
| CN213202681U (en) | Safety emergency guarantee device based on EDI and mixed bed combined use | |
| JP2004277870A (en) | Method for operating water electrolyzer | |
| JP5836783B2 (en) | Hydrodesulfurization method and system using by-product hydrogen in electrodeionization water treatment system | |
| JP2010113885A (en) | Fuel cell power generation system and its operation method | |
| Wenqiang et al. | COD removal from actual industrial wastewater using a three‐dimensional electrochemical apparatus | |
| Baek et al. | Analysis of Electricity Cost Saving Effect by the Optimal load shifting Operation with 1MWh Redox Flow Battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140809 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20141201 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150515 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150526 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20151013 |