JP2014107220A - Solid oxide type fuel cell system - Google Patents

Solid oxide type fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2014107220A
JP2014107220A JP2012261327A JP2012261327A JP2014107220A JP 2014107220 A JP2014107220 A JP 2014107220A JP 2012261327 A JP2012261327 A JP 2012261327A JP 2012261327 A JP2012261327 A JP 2012261327A JP 2014107220 A JP2014107220 A JP 2014107220A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
path
fuel cell
gas
reformed
solid oxide
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
Application number
JP2012261327A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toru Sugawa
徹 壽川
Noboru Taniguchi
昇 谷口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2012261327A priority Critical patent/JP2014107220A/en
Publication of JP2014107220A publication Critical patent/JP2014107220A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid oxide type fuel cell system capable of preventing high temperature deterioration of auxiliary device and/or piping due to the heat of reformed gas flowing through a recycle path.SOLUTION: The solid oxide type fuel cell system includes: a desulfurizer 3 that removes a sulfur component contained in a material gas by means of hydrogen desulfurization; a first reformer 4 that reforms the material gas from the desulfurizer 3 by means of moisture reforming reaction; a reforming water reservoir 29 that reserves reforming water used for the moisture reforming reaction in the first reformer 4; an evaporator 9 that evaporates the reforming water supplied from the reforming water reservoir 29; a solid oxide type fuel cell 6 that generates the power using the reformed gas from the first reformer 4 as the fuel; and a recycle path 19 for feeding a part of the reformed gas from the first reformer 4 to a material gas path. The reforming water in the reforming water reservoir 29 exchanges the heat with the reformed gas flowing through the recycle path 19.

Description

本発明は、炭化水素を含む原料ガス(原料)から硫黄成分を除去する脱硫器を備えた固体酸化物形燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell system including a desulfurizer that removes a sulfur component from a raw material gas (raw material) containing hydrocarbons.

原料ガスとして炭化水素を用いる固体酸化物形燃料電池システムでは、この原料ガスを改質するために、例えば水蒸気を用いた水蒸気改質が利用されている。この水蒸気改質を促進するために水蒸気改質触媒が用いられているが、原料ガス中には付臭剤または硫黄化合物が含まれており、これらによってこの水蒸気改質触媒が劣化させられるおそれがある。そこで、水蒸気改質触媒の劣化を防止するために、原料ガス中に含まれる付臭剤または硫黄化合物を低減させる脱硫装置(脱硫器)が利用されている。   In a solid oxide fuel cell system using hydrocarbons as a raw material gas, for example, steam reforming using steam is used to reform the raw material gas. A steam reforming catalyst is used to promote the steam reforming. However, the raw material gas contains an odorant or a sulfur compound, which may cause the steam reforming catalyst to be deteriorated. is there. Therefore, in order to prevent the steam reforming catalyst from deteriorating, a desulfurization apparatus (desulfurizer) that reduces odorants or sulfur compounds contained in the raw material gas is used.

このような脱硫装置としては、例えば、硫黄化合物を触媒(Ni−Mo系、Co−Mo系)上で水素と反応させて硫化水素に変換し、この硫化水素を酸化亜鉛に取り込んで除去する、いわゆる水添脱硫法により脱硫を行なう水添脱硫装置が挙げられる。   As such a desulfurization apparatus, for example, a sulfur compound is reacted with hydrogen on a catalyst (Ni-Mo system, Co-Mo system) to convert it into hydrogen sulfide, and the hydrogen sulfide is taken into zinc oxide and removed. Examples thereof include a hydrodesulfurization apparatus that performs desulfurization by a so-called hydrodesulfurization method.

水添脱硫装置は、水添脱硫法により脱硫を行なう際に水素を必要とするが、原料ガス中には通常、水素が含まれていない。そこで、水素を水添脱硫装置に供給する構成を有した固体酸化物形燃料電池システムが提案されている(例えば、特許文献1、2)。   The hydrodesulfurization apparatus requires hydrogen when performing desulfurization by the hydrodesulfurization method, but the source gas usually does not contain hydrogen. Therefore, a solid oxide fuel cell system having a configuration for supplying hydrogen to a hydrodesulfurization apparatus has been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2).

具体的には、特許文献1では、図7に示すように、改質器110を流通した燃料ガスの一部が、リサイクルガス供給経路113を通じて、昇圧手段111の上流側に戻されるように構成された固体酸化物形燃料電池システムが開示されている。そして、戻された燃料ガスは、昇圧手段111により昇圧され脱硫器102供給されるように構成されている。   Specifically, in Patent Document 1, as shown in FIG. 7, a part of the fuel gas flowing through the reformer 110 is returned to the upstream side of the booster 111 through the recycle gas supply path 113. An improved solid oxide fuel cell system is disclosed. The returned fuel gas is boosted by the boosting means 111 and supplied to the desulfurizer 102.

また、特許文献2では、図8に示すように、以下に示す構成を有する固体酸化物形燃料電池システムが提案されている。すなわち、特許文献2の固体酸化物形燃料電池システムでは、混合器220で混合された水と脱硫後の原燃料ガスとを、蒸発器226に供給する。そして、蒸発器226から改質器206に供給される、水蒸気を含む脱硫後の原燃料ガスの一部が分岐戻し流路242を介して燃料ガス供給経路216に戻される構成が開示されている。なお、分岐戻し流路242の二重管244内には炭化水素改質触媒が設けられており、これによって炭化水素を改質して得た水素含有ガスを、昇圧器217の上流側に戻すことができる。そして、戻された水素含有ガスを昇圧器217で昇圧させ、脱硫器204に供給する。   Moreover, in patent document 2, as shown in FIG. 8, the solid oxide fuel cell system which has the structure shown below is proposed. That is, in the solid oxide fuel cell system of Patent Document 2, the water mixed by the mixer 220 and the raw fuel gas after desulfurization are supplied to the evaporator 226. And the structure by which a part of raw fuel gas after desulfurization containing water vapor | steam supplied from the evaporator 226 to the reformer 206 is returned to the fuel gas supply path 216 via the branch return flow path 242 is disclosed. . In addition, a hydrocarbon reforming catalyst is provided in the double pipe 244 of the branch return flow path 242, and thereby the hydrogen-containing gas obtained by reforming the hydrocarbon is returned to the upstream side of the booster 217. be able to. The returned hydrogen-containing gas is boosted by the booster 217 and supplied to the desulfurizer 204.

特開2011−216308号公報JP 2011-216308 A 特許第4911927号公報Japanese Patent No. 4911927 特許第2993507号公報Japanese Patent No. 2999307

しかし、従来の固体酸化物形燃料電池システムは、リサイクル経路を流れる改質ガスの熱による補器、配管等への熱的な影響について十分に検討されていない。   However, in the conventional solid oxide fuel cell system, the thermal influence on auxiliary equipment, piping and the like due to the heat of the reformed gas flowing through the recycling path has not been sufficiently studied.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来に比べ、リサイクル経路を流れる改質ガスの熱による補器、配管等の高温劣化を抑制し得る固体酸化物形燃料電池システムを提供する。   The present invention has been made in view of such circumstances, and compared with the prior art, a solid oxide fuel cell system that can suppress high-temperature deterioration of auxiliary equipment, piping, and the like due to the heat of reformed gas flowing through a recycling path I will provide a.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムは、原料ガスを昇圧する昇圧器と、前記昇圧器からの前記原料ガスに含まれる硫黄成分を水添脱硫により除去する脱硫器と、前記脱硫器からの前記原料ガスを水蒸気改質反応により改質する第1改質器と、前記第1改質器での水蒸気改質反応に用いる改質水を貯留する改質水貯留部と、前記改質水貯留部より供給された改質水を蒸発させる蒸発器と、前記第1改質器からの改質ガスを燃料として発電する固体酸化物形燃料電池と、前記第1改質器からの改質ガスの一部を、前記昇圧器よりも上流の原料ガス経路に送るためのリサイクル経路と、を備え、前記改質水貯留部の改質水が、前記リサイクル経路を流れる改質ガスと熱交換する。   A solid oxide fuel cell system according to the present invention includes a booster for boosting a raw material gas, a desulfurizer for removing sulfur components contained in the raw material gas from the booster by hydrodesulfurization, and the desulfurizer. A first reformer that reforms the raw material gas by a steam reforming reaction, a reforming water storage unit that stores reforming water used for the steam reforming reaction in the first reformer, and the reforming An evaporator that evaporates the reformed water supplied from the water reservoir, a solid oxide fuel cell that generates electricity using the reformed gas from the first reformer as fuel, and a modification from the first reformer. A recycle path for sending a part of the quality gas to the raw material gas path upstream of the booster, and the reformed water in the reformed water storage section is heated with the reformed gas and the heat flowing through the recycle path. Exchange.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムは、以上に説明したように構成され、従来に比べ、リサイクル経路を流れる改質ガスの熱による補器、配管等の高温劣化を抑制し得る。   The solid oxide fuel cell system according to the present invention is configured as described above, and can suppress high-temperature deterioration of auxiliary equipment, piping, and the like due to the heat of the reformed gas flowing through the recycle path, as compared with the prior art.

実施形態1に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。1 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a solid oxide fuel cell system according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。1 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a solid oxide fuel cell system according to Embodiment 1. FIG. 実施形態2に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。6 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a solid oxide fuel cell system according to Embodiment 2. FIG. 実施形態2に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。6 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a solid oxide fuel cell system according to Embodiment 2. FIG. 実施形態1の変形例1に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。6 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a solid oxide fuel cell system according to Modification 1 of Embodiment 1. FIG. 実施形態1の変形例2に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。6 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a solid oxide fuel cell system according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 従来技術を示すものであり、固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。It is a schematic diagram which shows a prior art and showed an example of the structure of the solid oxide fuel cell system. 従来技術を示すものであり、固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。It is a schematic diagram which shows a prior art and showed an example of the structure of the solid oxide fuel cell system.

本発明では以下に示す態様を提供する。   The present invention provides the following aspects.

本発明の第1の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、原料ガスに含まれる硫黄成分を水添脱硫により除去する脱硫器と、脱硫器からの原料ガスを水蒸気改質反応により改質する第1改質器と、第1改質器での水蒸気改質反応に用いる改質水を貯留する改質水貯留部と、改質水貯留部より供給された改質水を蒸発させる蒸発器と、第1改質器からの改質ガスを燃料として発電する固体酸化物形燃料電池と、第1改質器からの改質ガスの一部を原料ガス経路に送るためのリサイクル経路と、を備え、改質水貯留部の改質水が、リサイクル経路を流れる改質ガスと熱交換する。   A solid oxide fuel cell system according to a first aspect of the present invention includes a desulfurizer for removing sulfur components contained in a raw material gas by hydrodesulfurization, and reforming the raw material gas from the desulfurizer by a steam reforming reaction. A first reformer that performs, a reforming water reservoir that stores reforming water used in the steam reforming reaction in the first reformer, and an evaporation that evaporates the reforming water supplied from the reforming water reservoir. , A solid oxide fuel cell that generates electricity using the reformed gas from the first reformer as fuel, and a recycling path for sending a part of the reformed gas from the first reformer to the raw material gas path The reformed water in the reformed water storage section exchanges heat with the reformed gas flowing through the recycling path.

上記の構成によると、リサイクル経路を流れる改質ガスと改質水貯留部の改質水との熱交換により、改質ガスを適温にまで冷却できる。よって、従来に比べ、リサイクル経路を流れる改質ガスの熱による補器、配管等の高温劣化を抑制し得る。また、改質水を上記の熱交換により適温にまで予熱できる。よって、蒸発器の負荷が少なくなり、蒸発器の小型化が可能となる。また、固体酸化物形燃料電池システムの熱回収も効率化できる。   According to the above configuration, the reformed gas can be cooled to an appropriate temperature by heat exchange between the reformed gas flowing through the recycling path and the reformed water in the reformed water storage unit. Therefore, it is possible to suppress high-temperature deterioration of auxiliary equipment, piping, and the like due to the heat of the reformed gas flowing through the recycling path, as compared with the conventional case. Further, the reformed water can be preheated to an appropriate temperature by the above heat exchange. Therefore, the load on the evaporator is reduced and the evaporator can be downsized. In addition, the heat recovery of the solid oxide fuel cell system can be made more efficient.

本発明の第2の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、原料ガスに含まれる硫黄成分を水添脱硫により除去する脱硫器と、脱硫器からの原料ガスの一部を水蒸気改質反応により改質する第1改質器と、第1改質器での水蒸気改質反応に用いる改質水を貯留する改質水貯留部と、改質水貯留部より供給された改質水を蒸発させる蒸発器と、第1改質器からの改質ガスを燃料として発電する固体酸化物形燃料電池と、脱硫器からの原料ガスの一部を部分酸化反応により改質する第2改質器と、第2改質器からの改質ガスを原料ガス経路に送るためのリサイクル経路と、を備え、改質水貯留部の改質水が、リサイクル経路を流れる改質ガスと熱交換する。   A solid oxide fuel cell system according to a second aspect of the present invention includes a desulfurizer for removing sulfur components contained in a raw material gas by hydrodesulfurization, and a steam reforming reaction for a part of the raw material gas from the desulfurizer. The first reformer reformed by the above, the reformed water storage section for storing the reformed water used for the steam reforming reaction in the first reformer, and the reformed water supplied from the reformed water storage section An evaporator to be evaporated, a solid oxide fuel cell that generates electricity using the reformed gas from the first reformer as a fuel, and a second reformer that reforms a part of the raw material gas from the desulfurizer by a partial oxidation reaction And a recycle path for sending the reformed gas from the second reformer to the raw material gas path, and the reformed water in the reformed water storage section exchanges heat with the reformed gas flowing through the recycle path. .

上記の構成によると、第1改質器では脱硫された原料ガスから発電反応に用いる改質ガスを、水蒸気改質反応により効率よく生成する一方で、第2改質器では部分酸化反応により脱硫器での水添脱硫に必要な水素を生成することができる。よって、従来の固体酸化物形燃料電池システムのように、脱硫器において水添脱硫で用いる水素を生成するために、水(改質水)を改質器に加える必要がない。   According to the above configuration, the first reformer efficiently generates the reformed gas used for the power generation reaction from the desulfurized source gas by the steam reforming reaction, while the second reformer desulfurizes by the partial oxidation reaction. Hydrogen required for hydrodesulfurization in the reactor can be generated. Therefore, unlike the conventional solid oxide fuel cell system, it is not necessary to add water (reformed water) to the reformer in order to generate hydrogen used for hydrodesulfurization in the desulfurizer.

また、第1の態様と同様に、従来に比べ、リサイクル経路を流れる改質ガスの熱による補器、配管等の高温劣化を抑制し得る。また、蒸発器の負荷が少なくなり、蒸発器の小型化が可能となる。また、固体酸化物形燃料電池システムの熱回収も効率化できる。特に、水蒸気改質反応に比べ、部分酸化反応での改質ガスは高温化するので、上記の改質ガス冷却および改質水予熱は、本態様の如く、第1改質器および第2改質器を併用する構成において有益である。   Moreover, similarly to the first aspect, it is possible to suppress high-temperature deterioration of auxiliary equipment, piping, and the like due to the heat of the reformed gas flowing through the recycling path, as compared with the conventional case. Further, the load on the evaporator is reduced, and the evaporator can be downsized. In addition, the heat recovery of the solid oxide fuel cell system can be made more efficient. In particular, since the reformed gas in the partial oxidation reaction becomes higher in temperature than the steam reforming reaction, the reformed gas cooling and reformed water preheating are performed in the first reformer and the second reformer as in this embodiment. This is useful in a configuration that uses a mass organ.

本発明の第3の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、第1の態様または第2の態様において、原料ガス経路中の原料ガスを昇圧して脱硫器に供給する昇圧器を備え、リサイクル経路の改質ガスは昇圧器の上流の原料ガス経路に送られる。
上記の構成によると、第1の態様および第2の態様と同様、改質水貯留部の改質水が、リサイクル経路を流れる改質ガスと熱交換する。よって、改質ガスを昇圧器の上流の原料ガス流路に送る場合でも、従来に比べ、改質ガスの熱による昇圧器の高温劣化を抑制し得る。
A solid oxide fuel cell system according to a third aspect of the present invention includes, in the first aspect or the second aspect, a booster that boosts the feed gas in the feed gas path and supplies the boosted gas to the desulfurizer. The reformed gas in the recycle path is sent to the source gas path upstream of the booster.
According to the above configuration, the reformed water in the reformed water reservoir exchanges heat with the reformed gas flowing through the recycle path, as in the first and second aspects. Therefore, even when the reformed gas is sent to the raw material gas flow path upstream of the booster, it is possible to suppress high-temperature degradation of the booster due to the heat of the reformed gas, as compared with the conventional case.

本発明の第4の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、第1の態様、第2の態様および第3の態様のいずれかにおいて、少なくとも改質器および固体酸化物形燃料電池を収容する筐体と、筐体の内壁に配置された断熱部とをさらに備え、改質水貯留部の少なくとも一部が、断熱部内に設置されている。   A solid oxide fuel cell system according to a fourth aspect of the present invention includes at least a reformer and a solid oxide fuel cell according to any one of the first aspect, the second aspect, and the third aspect. And a heat insulating portion disposed on the inner wall of the housing, and at least a part of the reformed water storage portion is installed in the heat insulating portion.

上記の構成によると、改質水貯留部の少なくとも一部が断熱部により覆われている。よって、改質水貯留部の改質水の放熱を抑制できる。   According to said structure, at least one part of the reforming water storage part is covered with the heat insulation part. Therefore, the heat dissipation of the reforming water in the reforming water reservoir can be suppressed.

本発明の第5の態様に係る固体酸化物形燃料電池システムは、第1の態様、第2の態様、第3の態様および第4の態様のいずれかにおいて、リサイクル経路を流れる改質ガス中の水蒸気を凝縮する凝縮器を備える。   A solid oxide fuel cell system according to a fifth aspect of the present invention is the reformed gas flowing through the recycle path in any one of the first aspect, the second aspect, the third aspect, and the fourth aspect. A condenser for condensing water vapor.

上記の構成によると、改質ガス中の水蒸気は、凝縮器での凝縮により除去させるので、凝縮器の下流のリサイクル経路では、改質ガス中の水蒸気の凝縮による結露水生成が抑制される。よって、結露水によるリサイクル経路の流路閉塞、補器の故障等を抑制できる。特に、本態様では、凝縮器を改質水貯留部の下流に配置しているので、改質ガスの温度を改質水との熱交換により低温化できて、改質ガス中の水蒸気を十分に除去できる。   According to said structure, since the water vapor | steam in reformed gas is removed by the condensation in a condenser, the dew condensation water production | generation by the condensation of the water vapor | steam in reformed gas is suppressed in the recycle path | route downstream of a condenser. Therefore, it is possible to suppress the blockage of the recycling path due to condensed water, the failure of auxiliary equipment, and the like. In particular, in this aspect, since the condenser is arranged downstream of the reforming water reservoir, the temperature of the reformed gas can be lowered by heat exchange with the reforming water, and the water vapor in the reformed gas is sufficient. Can be removed.

以下、第1−第5の態様の具体例である実施形態1、2および変形例1、2について、図面を参照して説明する。なお、以下では、全ての図を通じて同一又は対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する。   Hereinafter, Embodiments 1 and 2 and Modifications 1 and 2 that are specific examples of the first to fifth aspects will be described with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals throughout all the drawings, and the description thereof is omitted.

(実施形態1)
図1および図2を参照して実施形態1に係る固体酸化物形燃料電池システムについて説明する。図1および図2は、実施形態1に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図1では、実施形態1に係る固体酸化物形燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。図2では、実施形態1に係る固体酸化物形燃料電池システムの筐体内を上から見たときの構成を模式的に示している。
(Embodiment 1)
A solid oxide fuel cell system according to Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1 and 2 are schematic views showing an example of the configuration of the solid oxide fuel cell system according to Embodiment 1. FIG. FIG. 1 schematically shows a configuration when the solid oxide fuel cell system according to Embodiment 1 is viewed from the side. In FIG. 2, the structure when the inside of the housing | casing of the solid oxide fuel cell system which concerns on Embodiment 1 is seen from the top is shown typically.

図1および図2に示すように、固体酸化物形燃料電池システムは、原料ガス経路1、脱硫器3、第1改質器4、空気熱交換器5、固体酸化物形燃料電池6、蒸発器9、空気経路10、改質水経路11、第1改質空気経路12、脱硫後原料ガス経路14、燃料ガス供給経路16、空気供給経路17、減圧部18、リサイクル経路19、排ガス経路20、断熱部22および燃焼部23を筐体7内部に収容してなる構成である。また、固体酸化物形燃料電池システムは、昇圧器2および改質水貯留部29を筐体7外部に配置してなる構成である。   As shown in FIGS. 1 and 2, the solid oxide fuel cell system includes a raw material gas path 1, a desulfurizer 3, a first reformer 4, an air heat exchanger 5, a solid oxide fuel cell 6, and an evaporation. 9, air path 10, reformed water path 11, first reformed air path 12, post-desulfurization source gas path 14, fuel gas supply path 16, air supply path 17, decompression unit 18, recycle path 19, exhaust gas path 20 The heat insulation part 22 and the combustion part 23 are housed inside the housing 7. Further, the solid oxide fuel cell system has a configuration in which the booster 2 and the reformed water storage unit 29 are arranged outside the housing 7.

固体酸化物形燃料電池システムでは、筐体7の外部から供給された原料ガス(原燃料ガス)を第1改質器4で改質し、改質された改質ガス(燃料ガス)と外部から供給された空気とを利用して固体酸化物形燃料電池6が発電反応により発電するように構成されている。   In the solid oxide fuel cell system, the raw material gas (raw fuel gas) supplied from the outside of the casing 7 is reformed by the first reformer 4, and the reformed reformed gas (fuel gas) and the outside are reformed. The solid oxide fuel cell 6 is configured to generate power by a power generation reaction using the air supplied from.

なお、本実施形態では、原料ガス経路1を通じて外部から供給されるガスを原料ガス(原料)と称し、原料ガスから硫黄成分が除去され、第1改質器4において改質反応により改質された改質ガスを燃料ガス(燃料)と称する場合がある。   In the present embodiment, the gas supplied from the outside through the raw material gas path 1 is referred to as a raw material gas (raw material), and the sulfur component is removed from the raw material gas and is reformed by the reforming reaction in the first reformer 4. The reformed gas may be referred to as fuel gas (fuel).

固体酸化物形燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池6の動作時(発電時)には、燃焼部23にて、発電反応に利用されなかった燃料ガスと空気とを燃焼させ、高温の排ガスを生成し、その熱エネルギーを有効に利用することで高効率な運転を実現している。
断熱材からなる断熱部22が、筐体7の内壁に配置されている。これにより、筐体7の内部から外部への放熱が適切に抑制される。
In the solid oxide fuel cell system, when the solid oxide fuel cell 6 operates (power generation), the combustion unit 23 burns fuel gas and air that have not been used for the power generation reaction, High-efficiency operation is realized by generating exhaust gas and using its thermal energy effectively.
A heat insulating portion 22 made of a heat insulating material is disposed on the inner wall of the housing 7. Thereby, the heat dissipation from the inside of the housing | casing 7 to the exterior is suppressed appropriately.

昇圧器2は、原料ガス経路1中の原料ガスを昇圧して脱硫器3に供給する。
昇圧器2は、筐体7の高温の熱の影響を受けにくくなるよう、筐体7の外部に配置されている。昇圧器2としては、例えば、ダイヤフラム等の定容積型ポンプが用いられるが、これに限定されない。
The booster 2 pressurizes the source gas in the source gas path 1 and supplies it to the desulfurizer 3.
The booster 2 is disposed outside the housing 7 so as not to be easily affected by the high-temperature heat of the housing 7. As the booster 2, for example, a constant displacement pump such as a diaphragm is used, but is not limited thereto.

なお、原料ガスとしては、例えば、都市ガス、天然ガス、LPG等の炭化水素を主成分とするガスが用いられる。   In addition, as source gas, gas which has hydrocarbons, such as city gas, natural gas, and LPG, as a main component is used, for example.

脱硫器3は、水添脱硫方式により原料ガスに含まれる硫黄成分を除去する。ここでは、脱硫器3は、筐体7の上壁の略中央部分に配置されている。また、脱硫器3の少なくとも一部が断熱部22に覆われている。これにより、脱硫器3からの放熱を防ぐとともに筐体7内の熱に脱硫器3が直接、曝されることを防ぐことができる。さらにまた、断熱部22によって脱硫器3が覆われているため、脱硫器3における温度分布をできるだけ一様とし、ばらつきを抑制することができる。よって、脱硫器3の温度を容易に制御できる。
脱硫器3に充填する脱硫剤としては、例えば、銅および亜鉛を含む脱硫剤が挙げられる(例えば、特許文献3)。なお、脱硫剤は、水添脱硫を行うことができればこの脱硫剤に限定されるものではなく、Ni−Mo系又はCo−Mo系触媒と酸化亜鉛との組み合わせであってもよい。Ni−Mo系又はCo−Mo系触媒と酸化亜鉛とを組み合わせた脱硫剤の場合、脱硫器3は350〜400℃の温度範囲にて、原料ガス中の有機硫黄を水添分解する。そして、脱硫器3は、生成したHSを、350〜400℃の温度範囲にてZnOに吸着させて除去する。
The desulfurizer 3 removes sulfur components contained in the raw material gas by a hydrodesulfurization method. Here, the desulfurizer 3 is disposed at a substantially central portion of the upper wall of the casing 7. Further, at least a part of the desulfurizer 3 is covered with the heat insulating portion 22. Thereby, the heat release from the desulfurizer 3 can be prevented and the desulfurizer 3 can be prevented from being directly exposed to the heat in the housing 7. Furthermore, since the desulfurizer 3 is covered by the heat insulating portion 22, the temperature distribution in the desulfurizer 3 can be made as uniform as possible to suppress variations. Therefore, the temperature of the desulfurizer 3 can be easily controlled.
Examples of the desulfurizing agent filled in the desulfurizer 3 include a desulfurizing agent containing copper and zinc (for example, Patent Document 3). The desulfurizing agent is not limited to this desulfurizing agent as long as it can perform hydrodesulfurization, and may be a combination of a Ni—Mo based or Co—Mo based catalyst and zinc oxide. In the case of a desulfurization agent in which a Ni—Mo or Co—Mo catalyst and zinc oxide are combined, the desulfurizer 3 hydrocrackes organic sulfur in the raw material gas in a temperature range of 350 to 400 ° C. Then, the desulfurizer 3 removes the generated H 2 S by adsorbing it to ZnO in a temperature range of 350 to 400 ° C.

例えば、原料ガスが都市ガスの場合、付臭剤として硫黄化合物であるジメチルスルフィド(dimethl sulfide ;CS,DMS)が含有されている。このDMSは、脱硫器3において、以下の反応式(式(1)、(2))によるZnSの形、または物理吸着の形で脱硫剤に除去される。
S+2H→2CH+HS ・・・(1)
S+ZnO→HO+ZnS ・・・(2)
なお、付臭剤は、上述したDMSに限定されるものではなく、TBM(C10S)またはTHT(CS)等の他の硫黄化合物であってもよい。
For example, when the source gas is city gas, dimethyl sulfide (C 2 H 6 S, DMS), which is a sulfur compound, is contained as an odorant. This DMS is removed by the desulfurization agent 3 in the desulfurizer 3 in the form of ZnS according to the following reaction formulas (formulas (1) and (2)) or in the form of physical adsorption.
C 2 H 6 S + 2H 2 → 2CH 4 + H 2 S (1)
H 2 S + ZnO → H 2 O + ZnS (2)
The odorant is not limited to the above-described DMS, and may be another sulfur compound such as TBM (C 4 H 10 S) or THT (C 4 H 8 S).

銅および亜鉛を含む脱硫剤を用いる場合は、脱硫器3は、10〜400℃程度、好ましくは150〜300℃程度の温度範囲で脱硫を行う。この銅亜鉛系脱硫剤は、水添脱硫能力に加えて物理吸着能力もあり、低温では主に物理吸着、高温では化学吸着(HS+ZnO→HO+ZnS)を行うことができる。この場合、脱硫後の原料ガスに含まれる硫黄含有量は、1vol ppb(parts per billion)以下、通常は0.1vol ppb以下となる。 When a desulfurizing agent containing copper and zinc is used, the desulfurizer 3 performs desulfurization in a temperature range of about 10 to 400 ° C, preferably about 150 to 300 ° C. This copper zinc-based desulfurization agent has a physical adsorption capability in addition to a hydrodesulfurization capability, and can mainly perform physical adsorption at low temperatures and chemical adsorption (H 2 S + ZnO → H 2 O + ZnS) at high temperatures. In this case, the sulfur content contained in the raw material gas after desulfurization is 1 vol ppb (parts per billion) or less, usually 0.1 vol ppb or less.

このように、脱硫器3において、Ni−Mo系又はCo−Mo系触媒、あるいは銅および亜鉛のいずれかを含む脱硫剤が充填されている場合、単位体積あたりの硫黄成分除去量が大きくなる。それゆえ、上述した脱硫剤を用いる場合、所望の硫黄濃度まで硫黄を除去するために必要となる脱硫剤の量を低減させることができる。   Thus, when the desulfurizer 3 is filled with a Ni-Mo-based or Co-Mo-based catalyst, or a desulfurizing agent containing either copper and zinc, the sulfur component removal amount per unit volume is increased. Therefore, when the above-described desulfurizing agent is used, the amount of the desulfurizing agent necessary for removing sulfur to a desired sulfur concentration can be reduced.

以上のようにして脱硫器3によって脱硫された原料ガスは、脱硫後原料ガス経路14を通じて第1改質器4へと供給される。   The raw material gas desulfurized by the desulfurizer 3 as described above is supplied to the first reformer 4 through the raw material gas path 14 after desulfurization.

第1改質器4は、脱硫器3を流通した原料ガスを水蒸気改質反応により改質する。つまり、第1改質器4は、高効率な動作を実現するために、水蒸気改質反応を行える仕様にしておくことが有利である。そこで、図1に示すように本実施形態では、第1改質器4の上流に蒸発器9を配置し、脱硫された原料ガスに改質水経路11を通じて供給された水を混合させ第1改質器4に供給する構成となっている。   The first reformer 4 reforms the raw material gas passed through the desulfurizer 3 by a steam reforming reaction. That is, it is advantageous that the first reformer 4 has a specification capable of performing a steam reforming reaction in order to realize a highly efficient operation. Therefore, as shown in FIG. 1, in the present embodiment, an evaporator 9 is disposed upstream of the first reformer 4, and water supplied through the reformed water path 11 is mixed with the desulfurized raw material gas in the first. The reformer 4 is supplied.

なお、第1改質器4に充填される改質触媒としては、Al(アルミナ)の球体表面にNiを含浸し、担持したものや、Alの球体表面にルテニウムを付与したものを適宜用いることができる。 In addition, as the reforming catalyst filled in the first reformer 4, the Al 2 O 3 (alumina) sphere surface is impregnated with Ni and supported, or the Al 2 O 3 sphere surface is provided with ruthenium. What was done can be used suitably.

ところで、固体酸化物形燃料電池システムの起動時では、第1改質器4において吸熱反応である水蒸気改質反応を行うためには熱エネルギーが不足する。そこで、第1改質器4を水蒸気改質反応だけでなく、部分酸化反応を行える仕様にしてもよい。すると、固体酸化物形燃料電池システムの起動時は、改質水経路11から第1改質器4(蒸発器9)に水を供給させずに、第1改質空気経路12を通じて第1改質器4に導入した空気を利用して、第1改質器4は以下の式(3)で表される部分酸化反応を行い、水素ガスおよび一酸化炭素を生成する。
+ (n/2)O → n・CO + (m/2)H(n,mは任意の自然数)・・・(3)
By the way, at the time of starting the solid oxide fuel cell system, the first reformer 4 has insufficient heat energy to perform the steam reforming reaction which is an endothermic reaction. Therefore, the first reformer 4 may be configured to perform not only the steam reforming reaction but also the partial oxidation reaction. Then, when starting the solid oxide fuel cell system, the first reformed air path 12 is used for the first modification without supplying water from the reformed water path 11 to the first reformer 4 (evaporator 9). Using the air introduced into the mass device 4, the first reformer 4 performs a partial oxidation reaction represented by the following formula (3) to generate hydrogen gas and carbon monoxide.
C n H m + (n / 2) O 2 → n · CO + (m / 2) H 2 (n, m is an arbitrary natural number) (3)

そして、これらの水素ガスおよび一酸化炭素を、燃料ガス供給経路16を通じて固体酸化物形燃料電池6に供給し、空気供給経路17を通じて供給された空気と合わせて、発電反応を行う。   Then, these hydrogen gas and carbon monoxide are supplied to the solid oxide fuel cell 6 through the fuel gas supply path 16 and are combined with the air supplied through the air supply path 17 to perform a power generation reaction.

固体酸化物形燃料電池システムが起動して発電が進むにつれ、第1改質器4の温度が上昇していく。すなわち、上記の式(3)で表される部分酸化反応は発熱反応であり、更に、燃焼部23からの排ガスおよび輻射熱により、第1改質器4の温度が上昇させられる。そして、第1改質器4の温度が、例えば、400℃以上になれば以下の式(4)で表される水蒸気改質反応を並行して行うことが可能となる。
+ n・HO → n・CO + (m/2 + n)H (n,mは任意の自然数)・・・(4)
As the solid oxide fuel cell system starts up and power generation proceeds, the temperature of the first reformer 4 rises. That is, the partial oxidation reaction represented by the above formula (3) is an exothermic reaction, and the temperature of the first reformer 4 is increased by the exhaust gas and the radiant heat from the combustion unit 23. And if the temperature of the 1st reformer 4 becomes 400 degreeC or more, for example, it will become possible to perform the steam reforming reaction represented by the following formula | equation (4) in parallel.
C n H m + n · H 2 O → n · CO + (m / 2 + n) H 2 (n, m is an arbitrary natural number) (4)

上述した式(4)で示される水蒸気改質反応は、式(3)で示される部分酸化反応と比較すると、同じ量の炭化水素(C)から生成できる水素量がより多くなり、その結果、固体酸化物形燃料電池6での発電反応に利用可能な改質ガス(燃料ガス)の量が多くなる。つまり、水蒸気改質反応の方が効率よく燃料ガスを生成することができる。また、式(4)に示す水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、式(3)に示す部分酸化反応による発熱量と燃焼部23から排出された排ガスが保有する熱および燃焼部23からの輻射熱を利用し、必要な熱量を補いつつ、水蒸気改質反応を進行させる。そして、第1改質器4の温度が例えば、600℃以上になれば、式(4)の水蒸気改質反応に必要な熱量を排ガスの有する熱および燃焼部23からの輻射熱だけで補うことが可能となるため、水蒸気改質反応のみの運転に切り替えることができる。 Compared with the partial oxidation reaction represented by the formula (3), the steam reforming reaction represented by the above-described formula (4) increases the amount of hydrogen that can be generated from the same amount of hydrocarbon (C n H m ), As a result, the amount of reformed gas (fuel gas) available for power generation reaction in the solid oxide fuel cell 6 increases. That is, the steam reforming reaction can generate fuel gas more efficiently. In addition, since the steam reforming reaction shown in the equation (4) is an endothermic reaction, the amount of heat generated by the partial oxidation reaction shown in the equation (3), the heat held by the exhaust gas discharged from the combustion unit 23, and the heat from the combustion unit 23 Utilizing radiant heat, the steam reforming reaction proceeds while supplementing the necessary amount of heat. Then, if the temperature of the first reformer 4 is, for example, 600 ° C. or higher, the amount of heat necessary for the steam reforming reaction of the formula (4) can be supplemented only with the heat of the exhaust gas and the radiant heat from the combustion unit 23. Therefore, it is possible to switch to the operation of only the steam reforming reaction.

蒸発器9は、改質水貯留部29より供給された改質水を蒸発させる。つまり、蒸発器9は、第1改質器4にて水蒸気改質反応を行うために設置される。蒸発器9では、燃焼部23から排出された排ガスの熱および燃焼部23からの輻射熱を利用して、改質水経路11から供給された水を気化させ、脱硫器3から供給された脱硫後の原料ガスと混合させる。そして、蒸発器9は、混合後の原料ガスを第1改質器4へと導入する。   The evaporator 9 evaporates the reformed water supplied from the reformed water storage unit 29. That is, the evaporator 9 is installed to perform the steam reforming reaction in the first reformer 4. In the evaporator 9, the water supplied from the reforming water path 11 is vaporized using the heat of the exhaust gas discharged from the combustion unit 23 and the radiant heat from the combustion unit 23, and after desulfurization supplied from the desulfurizer 3. The raw material gas is mixed. Then, the evaporator 9 introduces the mixed raw material gas into the first reformer 4.

空気熱交換器5は固体酸化物形燃料電池6での発電反応に利用される空気(発電用空気)を加熱するためのものであり、燃焼部23と対向する位置に設けられる。空気熱交換器5は、空気経路10を通じて外部から供給された空気(発電用空気)を、燃焼部23からの排ガスおよび輻射熱との熱交換により加熱する。例えば、空気熱交換器5を流通した後の空気は400〜800℃まで加熱される。そして、この加熱された空気が固体酸化物形燃料電池6へと供給される。なお、詳細は後述するが、空気熱交換器5により空気との熱交換を行って保有する熱の一部が奪われた排ガスは、排ガス経路20を通じて脱硫器3に導かれるように構成されている。   The air heat exchanger 5 is for heating air (power generation air) used for a power generation reaction in the solid oxide fuel cell 6 and is provided at a position facing the combustion unit 23. The air heat exchanger 5 heats air (power generation air) supplied from the outside through the air path 10 by heat exchange with exhaust gas and radiant heat from the combustion unit 23. For example, the air after flowing through the air heat exchanger 5 is heated to 400 to 800 ° C. The heated air is supplied to the solid oxide fuel cell 6. Although details will be described later, the exhaust gas from which part of the heat held by the heat exchange with the air is removed by the air heat exchanger 5 is guided to the desulfurizer 3 through the exhaust gas path 20. Yes.

固体酸化物形燃料電池6は上述したように燃料ガス供給経路16を通じて供給された燃料ガスと、空気供給経路17を通じて供給された空気(発電用空気)とを利用して発電反応により発電を行うものである。すなわち、固体酸化物形燃料電池6では、燃料ガスが供給される燃料極および発電空気が供給される空気極を有し、該燃料極と該空気極との間で発電反応を行って発電する燃料電池単セルを複数枚、直列に接続してセルスタックを形成している。なお、固体酸化物形燃料電池6は、更に直列接続したセルスタックを並列に接続させた構成としてもよい。   As described above, the solid oxide fuel cell 6 generates power by a power generation reaction using the fuel gas supplied through the fuel gas supply path 16 and the air (air for power generation) supplied through the air supply path 17. Is. That is, the solid oxide fuel cell 6 has a fuel electrode to which fuel gas is supplied and an air electrode to which power generation air is supplied, and generates power by performing a power generation reaction between the fuel electrode and the air electrode. A plurality of fuel cell single cells are connected in series to form a cell stack. Note that the solid oxide fuel cell 6 may further have a configuration in which cell stacks connected in series are connected in parallel.

固体酸化物形燃料電池6を構成する燃料電池単セルとしては、例えば、イットリアをドープしたジルコニア(YSZ)、イットリビウムやスカンジウムをドープしたジルコニア、あるいはランタンガレート系の固体電解質からなる燃料電池単セルを用いることができる。例えば、燃料電池単セルがYSZの場合、厚みにもよるが、約600〜900℃の温度範囲にて、発電反応が行われる。   As the single unit cell constituting the solid oxide fuel cell 6, for example, a single unit cell composed of zirconia doped with yttria (YSZ), zirconia doped with yttrium or scandium, or a lanthanum gallate solid electrolyte is used. Can be used. For example, when the single fuel cell is YSZ, the power generation reaction is performed in a temperature range of about 600 to 900 ° C., depending on the thickness.

燃焼部23は、固体酸化物形燃料電池6で未利用の燃料と空気とを燃焼して排ガスを生成する。なお、排ガスが流れる排ガス経路20は、断熱部22内に配され、この排ガス経路20からの放熱をできる限り低減できるように構成されている。   The combustion unit 23 generates exhaust gas by burning unused fuel and air in the solid oxide fuel cell 6. In addition, the exhaust gas path 20 through which the exhaust gas flows is arranged in the heat insulating portion 22 and configured to reduce heat radiation from the exhaust gas path 20 as much as possible.

ところで、燃焼部23で生成する排ガスの流量およびその温度については、固体酸化物形燃料電池6における燃料ガスおよび空気(発電空気)の燃料利用率(発電反応により、燃料として固体酸化物形燃料電池6で消費される割合)を調整することにより、制御することが可能である。例えば、燃焼部23の温度範囲を、約600〜900℃になるように、固体酸化物形燃料電池6における燃料ガスおよび空気の燃料利用率を設定する。   By the way, regarding the flow rate and temperature of the exhaust gas generated in the combustion unit 23, the fuel utilization rate of the fuel gas and air (power generation air) in the solid oxide fuel cell 6 (the solid oxide fuel cell as fuel by the power generation reaction) It is possible to control by adjusting the ratio consumed at 6). For example, the fuel utilization rate of the fuel gas and air in the solid oxide fuel cell 6 is set so that the temperature range of the combustion unit 23 is about 600 to 900 ° C.

本実施形態では、排ガスは、まず、第1改質器4を加熱する。これにより排ガスの有する熱の一部が消費される。次いで、熱の一部が消費された排ガスによって空気熱交換器5を加熱する。この空気熱交換器5による空気と排ガスとの熱交換によって、排ガスが有する熱がさらに奪われ、脱硫器3を加熱するのに適切な温度まで低下させられる。このように温度が低下させられた排ガスは排ガス経路20を流通して脱硫器3へ供給される。   In the present embodiment, the exhaust gas first heats the first reformer 4. Thereby, a part of the heat of the exhaust gas is consumed. Next, the air heat exchanger 5 is heated by the exhaust gas in which part of the heat is consumed. Due to the heat exchange between the air and the exhaust gas by the air heat exchanger 5, the heat of the exhaust gas is further removed, and the temperature is lowered to an appropriate temperature for heating the desulfurizer 3. The exhaust gas whose temperature has been lowered in this way flows through the exhaust gas path 20 and is supplied to the desulfurizer 3.

すなわち、燃焼部23で生成された排ガスの温度は、例えば、約600℃〜900℃と高温である。しかし、この排ガスによって、第1改質器4を加熱し、更に空気熱交換器5によって空気との熱交換を行い、空気を加熱すれば、排ガス経路20に到達するまでに排ガスの温度は低下する。特に、固体酸化物形燃料電池6を用いて、例えば、1kWの発電を行う場合、50L/min以上の空気を外気温から約400〜800℃になるまで加熱する必要があるため、空気熱交換器5では大量の熱量が必要となる。そこで、この必要な熱量を排ガスの熱量によって賄う。   That is, the temperature of the exhaust gas generated in the combustion unit 23 is as high as about 600 ° C. to 900 ° C., for example. However, if the first reformer 4 is heated by the exhaust gas, and heat exchange with the air is further performed by the air heat exchanger 5, and the air is heated, the temperature of the exhaust gas decreases until the exhaust gas path 20 is reached. To do. In particular, when generating power of 1 kW using the solid oxide fuel cell 6, for example, it is necessary to heat air of 50 L / min or more from the outside air temperature to about 400 to 800 ° C. The container 5 requires a large amount of heat. Therefore, this necessary amount of heat is covered by the amount of heat of the exhaust gas.

以上のように、排ガス経路20を流通する排ガスの温度は、燃焼部23で生成する排ガスの流量と温度、第1改質器4に吸熱される熱量、および空気熱交換器5に吸熱される熱量などを考慮して所望の値となるように制御されている。そして、排ガス経路20に到達した排ガスは経路内を流通し、脱硫器3へと流通する。   As described above, the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust gas path 20 is absorbed by the flow rate and temperature of the exhaust gas generated in the combustion unit 23, the amount of heat absorbed by the first reformer 4, and the air heat exchanger 5. It is controlled to take a desired value in consideration of the amount of heat. Then, the exhaust gas that has reached the exhaust gas path 20 circulates in the path and flows to the desulfurizer 3.

脱硫器3において、銅および亜鉛を含む脱硫剤(例えば、特許文献3)を充填する場合、脱硫器3に到達した際の排ガス温度が約150〜350℃になるように、燃焼部23で生成する排ガスの流量と温度、第1改質器4にて吸熱される熱量、空気熱交換器5にて吸熱される熱量等を調整する。このようにして、脱硫器3を、水添脱硫を行うのに適した温度(150〜300℃)とする。   When the desulfurizer 3 is filled with a desulfurizing agent containing copper and zinc (for example, Patent Document 3), it is generated in the combustion unit 23 so that the exhaust gas temperature when reaching the desulfurizer 3 is about 150 to 350 ° C. The flow rate and temperature of the exhaust gas to be adjusted, the amount of heat absorbed by the first reformer 4, the amount of heat absorbed by the air heat exchanger 5, and the like are adjusted. In this way, the desulfurizer 3 is set to a temperature (150 to 300 ° C.) suitable for hydrodesulfurization.

また、脱硫器3において、Ni−Mo系又はCo−Mo系触媒と酸化亜鉛とを組み合わせた脱硫剤を充填する場合、脱硫器3に到達した際の排ガス温度が約350〜450℃になるように、燃焼部23で生成する排ガスの流量と温度、第1改質器4にて吸熱される熱量、空気熱交換器5にて吸熱される熱量を調整する。このようにして、同様に脱硫器3を、水添脱硫を行うのに適した温度(350〜400℃)とする。   In addition, when the desulfurizer 3 is filled with a desulfurization agent that is a combination of a Ni—Mo or Co—Mo catalyst and zinc oxide, the exhaust gas temperature when reaching the desulfurizer 3 is about 350 to 450 ° C. In addition, the flow rate and temperature of the exhaust gas generated in the combustion unit 23, the amount of heat absorbed by the first reformer 4, and the amount of heat absorbed by the air heat exchanger 5 are adjusted. In this manner, the desulfurizer 3 is similarly set to a temperature (350 to 400 ° C.) suitable for hydrodesulfurization.

以上のように、排ガス経路20に脱硫器3を設置することにより、該脱硫器3を、水添脱硫を行うのに適した所望の温度とすることができる。   As described above, by installing the desulfurizer 3 in the exhaust gas path 20, the desulfurizer 3 can be set to a desired temperature suitable for hydrodesulfurization.

リサイクル経路19は、第1改質器4からの改質ガスを原料ガス経路1に送るための流路である。   The recycle path 19 is a flow path for sending the reformed gas from the first reformer 4 to the raw material gas path 1.

本実施形態では、固体酸化物形燃料電池6へ向かう燃料ガス供給経路16を途中で分岐させ、第1改質器4から供給される改質ガスの一部を、昇圧器2よりも上流の原料ガス経路1に送るように、リサイクル経路19は形成されている。このため、原料ガス経路1を流通し、脱硫器3へと供給される原料ガスに水素を添加することが可能となり、脱硫器3は、この水素を利用して前述の水添脱硫を行うことができるように構成されている。   In the present embodiment, the fuel gas supply path 16 toward the solid oxide fuel cell 6 is branched in the middle, and a part of the reformed gas supplied from the first reformer 4 is upstream of the booster 2. A recycling path 19 is formed so as to be sent to the source gas path 1. For this reason, it becomes possible to add hydrogen to the raw material gas which distribute | circulates the raw material gas path | route 1 and is supplied to the desulfurizer 3, and the desulfurizer 3 performs the above-mentioned hydrodesulfurization using this hydrogen. It is configured to be able to.

なお、燃料ガス供給経路16とリサイクル経路19との分岐点近傍でかつ、該リサイクル経路19に減圧部18が設けられている。減圧部18は、リサイクル経路19内を流通する改質ガスの流量を調整するものであり、例えば、キャピラリチューブなどにより実現できる。すなわち、減圧部18は、キャピラリチューブなどにより流路を細くし圧力損失を大きくさせることで、リサイクル経路19内を所望の流量だけ改質ガスが流通するように構成されている。   A decompression unit 18 is provided in the vicinity of the branch point between the fuel gas supply path 16 and the recycle path 19 and in the recycle path 19. The decompression unit 18 adjusts the flow rate of the reformed gas flowing through the recycle path 19 and can be realized by, for example, a capillary tube. That is, the decompression unit 18 is configured so that the reformed gas flows through the recycle path 19 by a desired flow rate by narrowing the flow path with a capillary tube or the like and increasing the pressure loss.

改質水貯留部29は、第1改質器4での水蒸気改質反応に用いる改質水を貯留する。改質水貯留部29では、改質水経路11からの水が、改質水として一時的に貯留されるともに、リサイクル経路19が、改質水貯留部29内を通過し、昇圧器2よりも上流の原料ガス経路1に連通する。これにより、改質水貯留部の改質水が、リサイクル経路19を流れる改質ガスと熱交換し、熱交換により冷却された改質ガスが原料ガス経路1に送られ、熱交換により予熱された改質水が蒸発器9に供給される。つまり、高温の改質ガスは、本熱交換における加熱流体として機能し、低温の改質水は、本熱交換における受熱流体として機能する。例えば、リサイクル経路19を構成する配管を改質水貯留部29内の改質水に潜らせると、配管内を流れる改質ガスと、改質水貯留部29内の改質水とが熱交換する。
以上の構成により、本実施形態では、リサイクル経路19を流れる高温の改質ガスと改質水貯留部29の低温の改質水との熱交換により、改質ガスを適温にまで冷却できるので、改質ガスの熱による昇圧器2(補器の一例)や配管(例えば、配管のつなぎ目材料)等の高温劣化を抑制できる。
The reformed water storage unit 29 stores the reformed water used for the steam reforming reaction in the first reformer 4. In the reformed water storage unit 29, water from the reformed water path 11 is temporarily stored as reformed water, and the recycle path 19 passes through the reformed water storage unit 29 and is supplied from the booster 2. Also communicates with the upstream source gas path 1. As a result, the reformed water in the reformed water storage section exchanges heat with the reformed gas flowing through the recycle path 19, and the reformed gas cooled by the heat exchange is sent to the raw material gas path 1 and preheated by the heat exchange. The reformed water is supplied to the evaporator 9. That is, the high temperature reformed gas functions as a heating fluid in the main heat exchange, and the low temperature reformed water functions as a heat receiving fluid in the main heat exchange. For example, when the piping constituting the recycling path 19 is submerged in the reforming water in the reforming water storage unit 29, the reformed gas flowing in the piping and the reforming water in the reforming water storage unit 29 exchange heat. To do.
With the above configuration, in this embodiment, the reformed gas can be cooled to an appropriate temperature by heat exchange between the high-temperature reformed gas flowing through the recycling path 19 and the low-temperature reformed water in the reformed water storage unit 29. High-temperature deterioration of the booster 2 (an example of an auxiliary device) and piping (for example, a joint material of piping) due to the heat of the reformed gas can be suppressed.

また、本実施形態では、改質水を上記の熱交換により適温にまで予熱できるので、蒸発器9の負荷が少なくなり、蒸発器9の小型化が可能となる。また、固体酸化物形燃料電池システムの熱回収も効率化できる。   Moreover, in this embodiment, since reformed water can be preheated to appropriate temperature by said heat exchange, the load of the evaporator 9 decreases and the evaporator 9 can be reduced in size. In addition, the heat recovery of the solid oxide fuel cell system can be made more efficient.

(実施形態2)
図3および図4を参照して実施形態2に係る固体酸化物形燃料電池システムについて説明する。図3および図4は、実施形態2に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。図3では、実施形態2に係る固体酸化物形燃料電池システムを側部から見たときの構成を模式的に示している。図4では、実施形態2に係る固体酸化物形燃料電池システムの筐体内を上から見たときの構成を模式的に示している。
(Embodiment 2)
A solid oxide fuel cell system according to Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 and 4 are schematic views showing an example of the configuration of the solid oxide fuel cell system according to Embodiment 2. FIG. In FIG. 3, the structure when the solid oxide fuel cell system according to Embodiment 2 is viewed from the side is schematically shown. In FIG. 4, the structure when the inside of the housing | casing of the solid oxide fuel cell system which concerns on Embodiment 2 is seen from the top is shown typically.

図3および図4に示すように、固体酸化物形燃料電池システムは、原料ガス経路1、脱硫器3、第1改質器4、空気熱交換器5、固体酸化物形燃料電池6、第2改質器8、蒸発器9、空気経路10、改質水経路11、第1改質空気経路12、第2改質空気経路13、第1脱硫後原料ガス経路14A、第2脱硫後原料ガス経路14B、燃料ガス供給経路16、空気供給経路17、減圧部18、リサイクル経路19、排ガス経路20、断熱部22および燃焼部23を筐体7内部に収容してなる構成である。また、固体酸化物形燃料電池システムは、昇圧器2および改質水貯留部29を筐体7外部に配置してなる構成である。   As shown in FIGS. 3 and 4, the solid oxide fuel cell system includes a raw material gas path 1, a desulfurizer 3, a first reformer 4, an air heat exchanger 5, a solid oxide fuel cell 6, 2 reformer 8, evaporator 9, air path 10, reformed water path 11, first reformed air path 12, second reformed air path 13, first post-desulfurization source gas path 14A, second post-desulfurization source The gas path 14 </ b> B, the fuel gas supply path 16, the air supply path 17, the decompression section 18, the recycle path 19, the exhaust gas path 20, the heat insulation section 22, and the combustion section 23 are configured to be housed inside the housing 7. Further, the solid oxide fuel cell system has a configuration in which the booster 2 and the reformed water storage unit 29 are arranged outside the housing 7.

原料ガス経路1、昇圧器2、脱硫器3、第1改質器4、空気熱交換器5、固体酸化物形燃料電池6、蒸発器9、空気経路10、改質水経路11、第1改質空気経路12、燃料ガス供給経路16、空気供給経路17、減圧部18、リサイクル経路19、排ガス経路20、断熱部22および燃焼部23については、実施形態1と同じであるので説明を省略する。つまり、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システムでは、上記した第1改質器4とは別に第2改質器8を備える点で実施形態1と異なる。   Raw material gas path 1, booster 2, desulfurizer 3, first reformer 4, air heat exchanger 5, solid oxide fuel cell 6, evaporator 9, air path 10, reformed water path 11, first Since the reformed air path 12, the fuel gas supply path 16, the air supply path 17, the decompression section 18, the recycle path 19, the exhaust gas path 20, the heat insulation section 22 and the combustion section 23 are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted. To do. That is, the solid oxide fuel cell system according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the second reformer 8 is provided separately from the first reformer 4 described above.

なお、本実施形態でも、実施形態1と同様、原料ガス経路1を通じて外部から供給されるガスを原料ガス(原料)と称し、原料ガスから硫黄成分が除去され、第1改質器4において改質反応により改質された改質ガスを燃料ガス(燃料)と称する場合がある。但し、第2改質器8において改質反応により改質された改質ガスについてはそのまま改質ガスと称し、固体酸化物形燃料電池6で利用される改質ガス(燃料ガス)とは区別する。   In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the gas supplied from the outside through the raw material gas path 1 is referred to as a raw material gas (raw material), and the sulfur component is removed from the raw material gas. The reformed gas reformed by the quality reaction may be referred to as fuel gas (fuel). However, the reformed gas reformed by the reforming reaction in the second reformer 8 is referred to as the reformed gas as it is, and is distinguished from the reformed gas (fuel gas) used in the solid oxide fuel cell 6. To do.

第2改質器8は、脱硫器3からの原料ガスの一部を部分酸化反応により改質する。つまり、脱硫部3で行われる水添脱硫用の水素を脱硫器3に供給するために、部分酸化反応により改質ガス(水素含有ガス)を生成するものであり、生成した改質ガスを、リサイクル経路19を通じて原料ガス経路1へ送るように構成されている。これにより、脱硫器3へと供給される原料ガスに水素を添加することが可能となる。   The second reformer 8 reforms a part of the raw material gas from the desulfurizer 3 by a partial oxidation reaction. That is, in order to supply hydrogen for hydrodesulfurization performed in the desulfurization unit 3 to the desulfurizer 3, a reformed gas (hydrogen-containing gas) is generated by a partial oxidation reaction. The feed gas path 1 is configured to be sent through the recycle path 19. Thereby, hydrogen can be added to the raw material gas supplied to the desulfurizer 3.

第2改質器8は改質触媒が充填されている。この改質触媒としては、例えば、Al(アルミナ)の球体表面にNiを含浸し、担持したものを用いることができる。なお、改質触媒はこれに限定されるものではなく、部分酸化を行うことができる改質触媒であればよい。例えば、RuまたはRhをジルコニアまたは安定化ジルコニアに担持させたものを用いてもよい。あるいは、ロジウムとロジウム以外の周期律表第VIII族金属から選ばれる少なくとも1種の金属とを、Al(アルミナ)とジルコニアとを含む担体に担持させてなるものを用いてもよい。 The second reformer 8 is filled with a reforming catalyst. As this reforming catalyst, for example, an Al 2 O 3 (alumina) sphere surface impregnated with Ni and supported can be used. The reforming catalyst is not limited to this and may be any reforming catalyst that can perform partial oxidation. For example, Ru or Rh supported on zirconia or stabilized zirconia may be used. Alternatively, rhodium and at least one metal selected from Group VIII metals of the periodic table other than rhodium may be used which are supported on a carrier containing Al 2 O 3 (alumina) and zirconia.

また、本実施形態では、脱硫器3と第2改質器8との間に第2脱硫後原料ガス経路14Bが設けられており、第2脱硫後原料ガス経路14Bを通じて脱硫された原料ガスがこの第2改質器8に供給されるように構成されている。また、筐体7の外部から第2改質器8に向かって第2改質空気経路13が設けられており、この第2改質空気経路13を通じて、部分酸化反応用の空気が第2改質器8に供給されるように構成されている。そして、第2改質器8は、この供給された原料ガスと空気とを利用して上記した式(3)に示す部分酸化反応を行う。第2改質器8は、この部分酸化反応により生成した改質ガスを、リサイクル経路19を通じて、昇圧器2の上流の原料ガス経路1に送る。このような構成をとることにより、原料ガス経路1を流通する原料ガスに水素を添加することが可能となる。このため、脱硫器3は、この添加された水素を用いて供給された原料ガスに対して水添脱硫を行うことができる。このように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システムでは、脱硫器3で脱硫された原料ガスを分流させ、第1改質器4と第2改質器8とにそれぞれ並列に流通させる構成である。これにより、第1改質器4では脱硫された原料ガスから発電反応に用いる改質ガス(燃料ガス)を、水蒸気改質反応により効率よく生成する一方で、第2改質器8では部分酸化反応により脱硫器3での水添脱硫に必要な水素を生成することができる。よって、従来の固体酸化物形燃料電池システムのように、脱硫器3において水添脱硫で用いる水素を生成するために、水(改質水)を改質器に加える必要がない。
また、本実施形態では、実施形態1と同様、リサイクル経路19を流れる高温の改質ガスと改質水貯留部29の低温の改質水との熱交換により、改質ガスを適温にまで冷却できるので、改質ガスの熱による昇圧器2(補器の一例)や配管(例えば、配管のつなぎ目材料)等の高温劣化を抑制できる。また、改質水を上記の熱交換により適温にまで予熱できるので、蒸発器9の負荷が少なくなり、蒸発器9の小型化が可能となる。また、固体酸化物形燃料電池システムの熱回収も効率化できる。
Further, in the present embodiment, the second post-desulfurization source gas path 14B is provided between the desulfurizer 3 and the second reformer 8, and the source gas desulfurized through the second post-desulfurization source gas path 14B The second reformer 8 is configured to be supplied. In addition, a second reformed air path 13 is provided from the outside of the housing 7 toward the second reformer 8, and the partial oxidation reaction air passes through the second reformed air path 13 to the second reformed air. It is configured to be supplied to the mass device 8. The second reformer 8 performs the partial oxidation reaction shown in the above formula (3) using the supplied raw material gas and air. The second reformer 8 sends the reformed gas generated by this partial oxidation reaction to the raw material gas path 1 upstream of the booster 2 through the recycle path 19. By adopting such a configuration, it becomes possible to add hydrogen to the source gas flowing through the source gas path 1. For this reason, the desulfurizer 3 can perform hydrodesulfurization with respect to the raw material gas supplied using this added hydrogen. As described above, in the solid oxide fuel cell system of the present embodiment, the raw material gas desulfurized by the desulfurizer 3 is divided and distributed to the first reformer 4 and the second reformer 8 in parallel. It is a configuration. Thus, the first reformer 4 efficiently generates reformed gas (fuel gas) used for power generation reaction from the desulfurized raw material gas by the steam reforming reaction, while the second reformer 8 performs partial oxidation. Hydrogen necessary for hydrodesulfurization in the desulfurizer 3 can be generated by the reaction. Therefore, unlike the conventional solid oxide fuel cell system, it is not necessary to add water (reformed water) to the reformer in order to generate hydrogen used for hydrodesulfurization in the desulfurizer 3.
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the reformed gas is cooled to an appropriate temperature by heat exchange between the high-temperature reformed gas flowing through the recycle path 19 and the low-temperature reformed water in the reformed water storage unit 29. Therefore, it is possible to suppress high-temperature deterioration of the booster 2 (an example of an auxiliary device) and piping (for example, a joint material of piping) due to the heat of the reformed gas. Further, since the reformed water can be preheated to an appropriate temperature by the above heat exchange, the load on the evaporator 9 is reduced and the evaporator 9 can be downsized. In addition, the heat recovery of the solid oxide fuel cell system can be made more efficient.

特に、水蒸気改質反応に比べ、部分酸化反応での改質ガスは高温化するので、上記の改質ガス冷却および改質水予熱は、本実施形態の如く、第1改質器4および第2改質器8を併用する構成において有益である。   In particular, since the reformed gas in the partial oxidation reaction becomes higher in temperature than the steam reforming reaction, the reformed gas cooling and reformed water preheating are performed in the first reformer 4 and the first reformer as in the present embodiment. This is useful in a configuration in which two reformers 8 are used in combination.

(変形例1)
図5を参照して実施形態1の変形例1に係る固体酸化物形燃料電池システムについて説明する。図5は、実施形態1の変形例1に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。
(Modification 1)
A solid oxide fuel cell system according to Modification 1 of Embodiment 1 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a solid oxide fuel cell system according to Modification 1 of Embodiment 1.

図5に示すように、固体酸化物形燃料電池システムは、原料ガス経路1、脱硫器3、第1改質器4、空気熱交換器5、固体酸化物形燃料電池6、蒸発器9、空気経路10、改質水経路11、第1改質空気経路12、脱硫後原料ガス経路14、燃料ガス供給経路16、空気供給経路17、減圧部18、リサイクル経路19A、排ガス経路20、改質水貯留部29A、断熱部22および燃焼部23を筐体7内部に収容してなる構成である。また、固体酸化物形燃料電池システムは、昇圧器2を筐体7外部に配置してなる構成である。   As shown in FIG. 5, the solid oxide fuel cell system includes a raw material gas path 1, a desulfurizer 3, a first reformer 4, an air heat exchanger 5, a solid oxide fuel cell 6, an evaporator 9, Air path 10, reformed water path 11, first reformed air path 12, post-desulfurization source gas path 14, fuel gas supply path 16, air supply path 17, decompression unit 18, recycle path 19 </ b> A, exhaust gas path 20, reforming The water storage unit 29 </ b> A, the heat insulating unit 22, and the combustion unit 23 are housed inside the housing 7. The solid oxide fuel cell system has a configuration in which the booster 2 is disposed outside the housing 7.

原料ガス経路1、脱硫器3、第1改質器4、空気熱交換器5、固体酸化物形燃料電池6、蒸発器9、空気経路10、改質水経路11、第1改質空気経路12、脱硫後原料ガス経路14、燃料ガス供給経路16、空気供給経路17、減圧部18、排ガス経路20、昇圧器2、断熱部22および燃焼部23については実施形態1と同じであるので説明を省略する。つまり、本変形例では、改質水貯留部29Aの少なくとも一部が、断熱部22内に設置されている点で実施形態1と異なる。   Raw material gas path 1, desulfurizer 3, first reformer 4, air heat exchanger 5, solid oxide fuel cell 6, evaporator 9, air path 10, reformed water path 11, first reformed air path 12, the desulfurized raw material gas path 14, the fuel gas supply path 16, the air supply path 17, the decompression section 18, the exhaust gas path 20, the booster 2, the heat insulation section 22, and the combustion section 23 are the same as those in the first embodiment. Is omitted. That is, this modification differs from the first embodiment in that at least a part of the reformed water storage unit 29A is installed in the heat insulating unit 22.

図5に示す例では、改質水貯留部29Aが、断熱部22内に配置され、減圧部18からのリサイクル経路19Aが、断熱部22および改質水貯留部29A内を延びている。よって、リサイクル経路19Aを流れる高温の改質ガスと改質水貯留部29Aの低温の改質水との熱交換により、改質水を適温まで予熱できる。また、改質水貯留部29Aが断熱部22により覆われているので、改質水貯留部29Aの改質水の放熱を抑制できる。   In the example shown in FIG. 5, the reformed water storage unit 29A is disposed in the heat insulating unit 22, and the recycling path 19A from the decompression unit 18 extends through the heat insulating unit 22 and the reformed water storage unit 29A. Therefore, the reformed water can be preheated to an appropriate temperature by heat exchange between the high temperature reformed gas flowing through the recycling path 19A and the low temperature reformed water in the reformed water storage unit 29A. Moreover, since the reforming water storage part 29A is covered with the heat insulating part 22, the heat radiation of the reforming water in the reforming water storage part 29A can be suppressed.

なお、図5では、実施形態1の固体酸化物燃料電池システムの改質水貯留部29Aを断熱部22内に配置する例を図示しているが、実施形態2の固体酸化物燃料電池システムの改質水貯留部29を、本変形例と同様に、断熱部22内に配置してもよい。   5 illustrates an example in which the reformed water storage unit 29A of the solid oxide fuel cell system according to the first embodiment is disposed in the heat insulating unit 22, but the solid oxide fuel cell system according to the second embodiment may have the same configuration. The reformed water storage unit 29 may be disposed in the heat insulating unit 22 as in the present modification.

(変形例2)
図6を参照して実施形態1の変形例2に係る固体酸化物形燃料電池システムについて説明する。図6は、実施形態1の変形例2に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成の一例を示した模式図である。
(Modification 2)
A solid oxide fuel cell system according to Modification 2 of Embodiment 1 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a solid oxide fuel cell system according to Modification 2 of Embodiment 1.

図6に示すように、固体酸化物形燃料電池システムは、原料ガス経路1、脱硫器3、第1改質器4、空気熱交換器5、固体酸化物形燃料電池6、蒸発器9、空気経路10、改質水経路11、第1改質空気経路12、脱硫後原料ガス経路14、燃料ガス供給経路16、空気供給経路17、減圧部18、リサイクル経路19A、排ガス経路20、改質水貯留部29A、断熱部22および燃焼部23を筐体7内部に収容してなる構成である。また、固体酸化物形燃料電池システムは、凝縮器24および昇圧器2を筐体7外部に配置してなる構成である。   As shown in FIG. 6, the solid oxide fuel cell system includes a raw material gas path 1, a desulfurizer 3, a first reformer 4, an air heat exchanger 5, a solid oxide fuel cell 6, an evaporator 9, Air path 10, reformed water path 11, first reformed air path 12, post-desulfurization source gas path 14, fuel gas supply path 16, air supply path 17, decompression unit 18, recycle path 19 </ b> A, exhaust gas path 20, reforming The water storage unit 29 </ b> A, the heat insulating unit 22, and the combustion unit 23 are housed inside the housing 7. The solid oxide fuel cell system has a configuration in which the condenser 24 and the booster 2 are disposed outside the housing 7.

原料ガス経路1、脱硫器3、第1改質器4、空気熱交換器5、固体酸化物形燃料電池6、蒸発器9、空気経路10、改質水経路11、第1改質空気経路12、脱硫後原料ガス経路14、燃料ガス供給経路16、空気供給経路17、減圧部18、リサイクル経路19A、排ガス経路20、昇圧器2、改質水貯留部29A、断熱部22および燃焼部23については変形例1と同じであるので説明を省略する。つまり、本変形例では、凝縮器24をさらに備える点で変形例1と異なる。   Raw material gas path 1, desulfurizer 3, first reformer 4, air heat exchanger 5, solid oxide fuel cell 6, evaporator 9, air path 10, reformed water path 11, first reformed air path 12, post-desulfurization source gas path 14, fuel gas supply path 16, air supply path 17, decompression section 18, recycle path 19A, exhaust gas path 20, booster 2, reforming water storage section 29A, heat insulation section 22 and combustion section 23 Since is the same as that of the first modification, the description thereof is omitted. That is, this modification differs from Modification 1 in that it further includes a condenser 24.

凝縮器24は、リサイクル経路19Aを流れる改質ガス中の水蒸気を凝縮する。具体的には、凝縮器24は、改質水貯留部29Aの下流側のリサイクル経路19Aに設けられている。これにより、改質ガス中の水蒸気を凝縮器24での凝縮により除去できるので、凝縮器24の下流のリサイクル経路19Aでは、改質ガス中の水蒸気の凝縮による結露水生成が抑制される。よって、結露水によるリサイクル経路19Aの流路閉塞、昇圧器2の故障等を抑制できる。特に、本変形例では、凝縮器24を改質水貯留部29Aの下流に配置しているので、改質ガスの温度を改質水との熱交換により低温化できて、改質ガス中の水蒸気を十分に除去できる。   The condenser 24 condenses the water vapor in the reformed gas flowing through the recycle path 19A. Specifically, the condenser 24 is provided in the recycling path 19A on the downstream side of the reforming water storage unit 29A. As a result, water vapor in the reformed gas can be removed by condensation in the condenser 24, and therefore, in the recycle path 19A downstream of the condenser 24, generation of condensed water due to condensation of water vapor in the reformed gas is suppressed. Accordingly, blockage of the recycling path 19A due to condensed water, failure of the booster 2, and the like can be suppressed. In particular, in the present modification, the condenser 24 is disposed downstream of the reforming water reservoir 29A, so that the temperature of the reforming gas can be lowered by heat exchange with the reforming water, Water vapor can be removed sufficiently.

なお、凝縮器24での凝縮により除去された水は、リサイクル経路19Aから外部に排水してもよいが、このような水を回収し、改質水貯留部29Aの改質水として再利用してもよい。これにより、改質水として外部から供給すべき水の量を削減できるとともに、固体酸化物形燃料電池システムを効率よく安定的に動作できる。   The water removed by the condensation in the condenser 24 may be drained to the outside from the recycling path 19A, but such water is recovered and reused as the reforming water in the reforming water storage unit 29A. May be. As a result, the amount of water to be supplied from the outside as the reformed water can be reduced, and the solid oxide fuel cell system can be operated efficiently and stably.

また、図6では、実施形態1の固体酸化物燃料電池システムに凝縮器24を配置する例を図示しているが、実施形態2の固体酸化物燃料電池システムに、本変形例と同様の凝縮器を配置してもよい。   FIG. 6 illustrates an example in which the condenser 24 is arranged in the solid oxide fuel cell system according to the first embodiment. However, the same condensation as in the present modification is applied to the solid oxide fuel cell system according to the second embodiment. A vessel may be placed.

上記説明から、当業者にとって、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および/または機能の詳細を実質的に変更できる。   From the above description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.

例えば、実施形態1、2および変形例1、2では、燃焼部23の上方でかつ対向する位置(すなわち、筐体7の上壁の略中央部分)となる断熱部22内に、脱硫器3が配置される例を述べた。しかし、脱硫器の配置位置は、この位置に限定されるものではなく、例えば、筐体7の側面下方の断熱部22内に脱硫器を配置してもよい。ただし、燃焼部23の上方へは、排ガスが略均一的に拡散して導かれるため、筐体7の上壁では輻射熱の温度分布が略均一化するようになっている。よって、脱硫器を筐体7の上壁に配置する方が、輻射熱による脱硫器の温度分布を均一化できるので有利である。   For example, in the first and second embodiments and the first and second modifications, the desulfurizer 3 is disposed in the heat insulating portion 22 that is located above and opposite to the combustion portion 23 (that is, the substantially central portion of the upper wall of the casing 7). An example where is arranged. However, the arrangement position of the desulfurizer is not limited to this position. For example, the desulfurizer may be arranged in the heat insulating portion 22 below the side surface of the housing 7. However, since the exhaust gas is diffused and guided almost uniformly above the combustion section 23, the temperature distribution of the radiant heat is made substantially uniform on the upper wall of the housing 7. Therefore, it is advantageous to dispose the desulfurizer on the upper wall of the casing 7 because the temperature distribution of the desulfurizer due to radiant heat can be made uniform.

また、固体酸化物燃料電池システムの長時間の運転の後、脱硫器3の脱硫剤が劣化した際には、固体酸化物形燃料電池システムの性能が低下する。そこで、適宜の着脱手段により、脱硫器3を筐体7から着脱可能に構成してもよい。これにより、脱硫剤が劣化した脱硫器3を新しい脱硫器と交換するだけで、固体酸化物形燃料電池システムの長時間に亘る運転が可能となる。   In addition, when the desulfurization agent of the desulfurizer 3 deteriorates after a long operation of the solid oxide fuel cell system, the performance of the solid oxide fuel cell system is degraded. Therefore, the desulfurizer 3 may be configured to be detachable from the casing 7 by appropriate detachment means. As a result, the solid oxide fuel cell system can be operated for a long time only by replacing the desulfurizer 3 in which the desulfurizing agent has deteriorated with a new desulfurizer.

本発明は、従来に比べ、リサイクル経路を流れる改質ガスの熱による補器、配管等の高温劣化を抑制し得る。よって、本発明は、例えば、固体酸化物燃料電池システムに利用できる。   The present invention can suppress high-temperature deterioration of auxiliary equipment, piping, and the like due to the heat of the reformed gas flowing through the recycle path, as compared with the prior art. Therefore, this invention can be utilized for a solid oxide fuel cell system, for example.

1 原料ガス経路
2 昇圧器
3 脱硫器
4 第1改質器
5 空気熱交換器
6 固体酸化物形燃料電池
7 筐体
8 第2改質器
9 蒸発器
10 空気経路
11 改質水経路
12 第1改質空気経路
13 第2改質空気経路
14 脱硫後原料ガス経路
16 燃料ガス供給経路
17 空気供給経路
18 減圧部
19 リサイクル経路
20 排ガス経路
22 断熱部
23 燃焼部
24 凝縮器
29 改質水貯留部
1 Raw material gas path 2 Booster 3 Desulfurizer 4 First reformer 5 Air heat exchanger 6 Solid oxide fuel cell 7 Case 8 Second reformer 9 Evaporator 10 Air path 11 Reformed water path 12 First 1 reformed air path 13 2nd reformed air path 14 raw gas path 16 after desulfurization fuel gas supply path 17 air supply path 18 decompression part 19 recycle path 20 exhaust gas path 22 heat insulation part 23 combustion part 24 condenser 29 storage of reformed water Part

Claims (5)

原料ガスに含まれる硫黄成分を水添脱硫により除去する脱硫器と、前記脱硫器からの前記原料ガスを水蒸気改質反応により改質する第1改質器と、前記第1改質器での水蒸気改質反応に用いる改質水を貯留する改質水貯留部と、前記改質水貯留部より供給された改質水を蒸発させる蒸発器と、前記第1改質器からの改質ガスを燃料として発電する固体酸化物形燃料電池と、前記第1改質器からの改質ガスの一部を原料ガス経路に送るためのリサイクル経路と、を備え、
前記改質水貯留部の改質水が、前記リサイクル経路を流れる改質ガスと熱交換する固体酸化物形燃料電池システム。
A desulfurizer for removing sulfur components contained in the raw material gas by hydrodesulfurization, a first reformer for reforming the raw material gas from the desulfurizer by a steam reforming reaction, and the first reformer. A reforming water storage section for storing reforming water used for the steam reforming reaction, an evaporator for evaporating the reforming water supplied from the reforming water storage section, and a reformed gas from the first reformer A solid oxide fuel cell that generates electricity using as a fuel, and a recycling path for sending a part of the reformed gas from the first reformer to the raw material gas path,
A solid oxide fuel cell system in which the reformed water in the reformed water storage section exchanges heat with the reformed gas flowing through the recycling path.
原料ガスに含まれる硫黄成分を水添脱硫により除去する脱硫器と、前記脱硫器からの前記原料ガスの一部を水蒸気改質反応により改質する第1改質器と、前記第1改質器での水蒸気改質反応に用いる改質水を貯留する改質水貯留部と、前記改質水貯留部より供給された改質水を蒸発させる蒸発器と、前記第1改質器からの改質ガスを燃料として発電する固体酸化物形燃料電池と、前記脱硫器からの前記原料ガスの一部を部分酸化反応により改質する第2改質器と、前記第2改質器からの改質ガスを原料ガス経路に送るためのリサイクル経路と、を備え、
前記改質水貯留部の改質水が、前記リサイクル経路を流れる改質ガスと熱交換する固体酸化物形燃料電池システム。
A desulfurizer for removing sulfur components contained in the raw material gas by hydrodesulfurization, a first reformer for reforming a part of the raw material gas from the desulfurizer by a steam reforming reaction, and the first reforming A reforming water storage section for storing reforming water used for the steam reforming reaction in the steam generator, an evaporator for evaporating the reforming water supplied from the reforming water storage section, and the first reformer A solid oxide fuel cell that generates electricity using the reformed gas as a fuel, a second reformer that reforms a part of the raw material gas from the desulfurizer by a partial oxidation reaction, and a A recycling path for sending the reformed gas to the raw material gas path,
A solid oxide fuel cell system in which the reformed water in the reformed water storage section exchanges heat with the reformed gas flowing through the recycling path.
前記原料ガス経路中の原料ガスを昇圧して前記脱硫器に供給する昇圧器を備え、
前記リサイクル経路の改質ガスは前記昇圧器の上流の前記原料ガス経路に送られる、請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
A pressure booster for boosting the feed gas in the feed gas path and supplying the desulfurizer;
The solid oxide fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the reformed gas in the recycling path is sent to the source gas path upstream of the booster.
少なくとも前記改質器および前記固体酸化物形燃料電池を収容する筐体と、前記筐体の内壁に配置された断熱部とをさらに備え、前記改質水貯留部の少なくとも一部が、前記断熱部内に設置されている請求項1−3のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池システム。   The housing further includes at least the reformer and the solid oxide fuel cell, and a heat insulating portion disposed on an inner wall of the housing, and at least a part of the reforming water storage portion includes the heat insulating portion. The solid oxide fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid oxide fuel cell system is installed in the unit. 前記リサイクル経路を流れる改質ガス中の水蒸気を凝縮する凝縮器を備える請求項1−4のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池システム。
The solid oxide fuel cell system according to claim 1, further comprising a condenser that condenses water vapor in the reformed gas flowing through the recycling path.
JP2012261327A 2012-11-29 2012-11-29 Solid oxide type fuel cell system Pending JP2014107220A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012261327A JP2014107220A (en) 2012-11-29 2012-11-29 Solid oxide type fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012261327A JP2014107220A (en) 2012-11-29 2012-11-29 Solid oxide type fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014107220A true JP2014107220A (en) 2014-06-09

Family

ID=51028514

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012261327A Pending JP2014107220A (en) 2012-11-29 2012-11-29 Solid oxide type fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014107220A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016031880A (en) * 2014-07-30 2016-03-07 アイシン精機株式会社 Fuel cell module and fuel cell system
JP2016062801A (en) * 2014-09-19 2016-04-25 大阪瓦斯株式会社 Solid oxide type fuel cell system
JP2021136075A (en) * 2020-02-24 2021-09-13 株式会社デンソー Fuel cell system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016031880A (en) * 2014-07-30 2016-03-07 アイシン精機株式会社 Fuel cell module and fuel cell system
JP2016062801A (en) * 2014-09-19 2016-04-25 大阪瓦斯株式会社 Solid oxide type fuel cell system
JP2021136075A (en) * 2020-02-24 2021-09-13 株式会社デンソー Fuel cell system
JP7359029B2 (en) 2020-02-24 2023-10-11 株式会社デンソー fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6488416B2 (en) Fuel cell system
EP2985830B1 (en) Fuel cell system
JP5884075B2 (en) Fuel cell system
US8945784B2 (en) Hydrogen production apparatus and fuel cell system using the same
JP5000412B2 (en) Operating temperature control method for solid oxide fuel cell system
CN102177086A (en) Hydrogen generator, fuel cell system, and method of operating hydrogen generator
JP2014107187A (en) Solid oxide fuel cell system
JP2014107220A (en) Solid oxide type fuel cell system
KR20200086697A (en) Hydrogen generation using a fuel cell system with REP
JP2016207578A (en) Fuel cell power generation device
JP6583752B2 (en) Fuel cell system
JP5830695B2 (en) Fuel cell system
JP2014107186A (en) Solid oxide fuel cell system
JP2014135149A (en) Fuel battery system
JP6218591B2 (en) Fuel cell system
KR101696550B1 (en) Ship
JP2014086337A (en) Solid oxide fuel cell system
WO2012091063A1 (en) Fuel cell system
KR101643103B1 (en) Ship
JP2015133201A (en) fuel cell system
JP5557260B2 (en) Operating temperature control method for solid oxide fuel cell system
JPWO2014083748A1 (en) Hydrogen generator and fuel cell system
JP2012160467A (en) Operation temperature control method of solid oxide fuel cell system
JP2014107185A (en) Solid oxide fuel cell system
JP2012030990A (en) Hydrogen generator, fuel cell system having the same and method for operating hydrogen generator

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20150312