JP2016100183A - Fuel battery system - Google Patents
Fuel battery system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016100183A JP2016100183A JP2014236126A JP2014236126A JP2016100183A JP 2016100183 A JP2016100183 A JP 2016100183A JP 2014236126 A JP2014236126 A JP 2014236126A JP 2014236126 A JP2014236126 A JP 2014236126A JP 2016100183 A JP2016100183 A JP 2016100183A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust gas
- heat exchanger
- fuel cell
- heat
- air
- 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に関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
原料に炭化水素を用いる燃料電池システムでは、例えば、水蒸気を用いた原料の改質が行われる。この水蒸気改質を促進するために改質触媒が用いられているが、原料中には付臭剤として硫黄化合物が含まれる。この硫黄化合物によって改質触媒が劣化するおそれがある。 In a fuel cell system using hydrocarbons as a raw material, for example, reforming of the raw material using steam is performed. A reforming catalyst is used to promote this steam reforming, but the raw material contains a sulfur compound as an odorant. This sulfur compound may deteriorate the reforming catalyst.
そこで、改質触媒の劣化を防止するために、原料中に含まれる硫黄化合物を低減させる脱硫装置が用いられる。 Therefore, in order to prevent the reforming catalyst from deteriorating, a desulfurization apparatus that reduces the sulfur compound contained in the raw material is used.
脱硫装置として、例えば、硫黄化合物を触媒(例えば、Ni−Mo系、Co−Mo系など)上で水素と反応させて硫化水素に変換し、硫化水素を、例えば、酸化亜鉛などに取り込んで除去する水添脱硫が行われる水添脱硫器が知られており、従来から様々な対策が提案されている。 As a desulfurization device, for example, a sulfur compound is reacted with hydrogen on a catalyst (for example, Ni-Mo system, Co-Mo system, etc.) to convert it into hydrogen sulfide, and the hydrogen sulfide is removed by taking it into, for example, zinc oxide. Hydrodesulfurizers that perform hydrodesulfurization are known, and various countermeasures have been proposed.
例えば、水添脱硫器は、水添反応を行なう際に水素を必要とするが、原料中には通常、水素が含まれていない。そこで、水添脱硫器に水素含有のリサイクルガスを供給する構成を備える固体酸化物形の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)。具体的には、特許文献1の燃料電池システム1は、図6に示すように、改質器110を通過した水素含有ガスの一部が、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ている。そして、水素含有ガスは、昇圧手段111により昇圧されて、水添脱硫器102に供給されている。特許文献2の燃料電池システムは、図7に示すように、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から改質器206に供給するとき、水蒸気を含む脱硫後の原燃料ガスの一部を、分岐戻し流路242を介して原燃料ガス供給経路216に戻すように構成されている。この分岐戻し流路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の上流側に戻している。そして、水素含有ガスを昇圧器217で昇圧させて、水添脱硫器204に供給されている。
For example, a hydrodesulfurizer requires hydrogen when performing a hydrogenation reaction, but the raw material usually does not contain hydrogen. Therefore, a solid oxide fuel cell system having a configuration for supplying a hydrogen-containing recycle gas to a hydrodesulfurizer has been proposed (for example,
また、特許文献3では、水添脱硫器の性能は雰囲気温度によって変化するため、高温下で使用されるものについては発電時に生じる高温の排ガスを用いて水添脱硫器を加熱する構成が提案されている。
Further, in
また、特許文献4では、SOFCやPEFCなどの燃料電池システムにおいて、原料中の硫黄成分を除去する水添脱硫器を、発電モジュールから排出される排ガスによって加熱する場合、発電量によって排ガスの温度が上昇した場合でも水添脱硫器の過昇温を抑制し、水添脱硫剤の脱硫効率の向上および長寿命化を意図した構成が提案されている。具体的には、特許文献4の燃料電池システムは、図8に示すように、水添脱硫器6に流入する前の排ガスと発電用の空気の一部が分流された空気と、が冷却器7で熱交換するように構成されている。これにより、水添脱硫器6に流入する排ガスの温度を所望の温度範囲にまで低下させることで、水添脱硫器の過昇温が抑制されている。
In
しかし、従来例は、水添脱硫器を排ガスで加熱する場合の水添脱硫器の適切な温度制御について十分に検討されていない。 However, in the conventional example, adequate temperature control of the hydrodesulfurizer when the hydrodesulfurizer is heated with exhaust gas has not been sufficiently studied.
本発明の一態様(aspect)は、このような事情に鑑みてなされたものであり、水添脱硫器を排ガスで加熱する場合において、従来に比べ、水添脱硫器の適切な温度制御を行い得る燃料電池システムを提供する。 One aspect of the present invention has been made in view of such circumstances, and in the case where the hydrodesulfurizer is heated with exhaust gas, the temperature of the hydrodesulfurizer is controlled more appropriately than in the past. A fuel cell system is provided.
本発明の一態様の燃料電池システムは、原料の改質で得られた燃料および空気を用いて発電する燃料電池と、前記原料中の硫黄成分を除去する水添脱硫器と、前記空気が流れる空気経路と前記燃料電池の加熱に用いた排ガスが流れる第1排ガス経路とを備え、前記空気と前記排ガスとが熱交換する第1熱交換器と、前記空気経路と前記排ガスが流れる第2排ガス経路とを備え、前記空気と前記排ガスとが熱交換する第2熱交換器と、前記排ガスを用いて前記水添脱硫器を加熱する加熱器と、を備え、前記排ガスは、前記第1熱交換器の前記第1排ガス経路、前記加熱器および前記第2熱交換器の前記第2排ガス経路をこの順に流れ、前記空気は、前記第2熱交換器の前記空気経路、前記第1熱交換器の前記空気経路および前記燃料電池をこの順に流れ、前記第1熱交換器と前記第2熱交換器と、が一体的に構成されている。 The fuel cell system of one embodiment of the present invention includes a fuel cell that generates power using fuel and air obtained by reforming a raw material, a hydrodesulfurizer that removes sulfur components in the raw material, and the air flows. A first heat exchanger for exchanging heat between the air and the exhaust gas, and a second exhaust gas through which the air path and the exhaust gas flow. A second heat exchanger for exchanging heat between the air and the exhaust gas, and a heater for heating the hydrodesulfurizer using the exhaust gas, wherein the exhaust gas is the first heat The first exhaust gas path of the exchanger, the heater, and the second exhaust gas path of the second heat exchanger flow in this order, and the air is the air path of the second heat exchanger, the first heat exchange. The air path of the vessel and the fuel cell Flow, the first heat exchanger and the second heat exchanger, but are formed integrally.
本発明の一態様によれば、水添脱硫器を排ガスで加熱する場合において、従来に比べ、水添脱硫器の適切な温度制御を行い得る燃料電池システムが得られる。 According to one aspect of the present invention, when a hydrodesulfurizer is heated with exhaust gas, a fuel cell system capable of performing appropriate temperature control of the hydrodesulfurizer is obtained compared to the conventional case.
(第1実施形態)
発明者らは、水添脱硫器を排ガスで加熱する場合の水添脱硫器の適切な温度制御について鋭意検討し、以下の知見を得た。
(First embodiment)
The inventors diligently studied about appropriate temperature control of the hydrodesulfurizer when the hydrodesulfurizer is heated with exhaust gas, and obtained the following knowledge.
特許文献1および特許文献2では、水添脱硫器の温度制御を行う具体的な手段が開示されておらず、水添脱硫器の水添脱硫剤を安定して水添反応に適した温度に制御することが困難である。
特許文献3および特許文献4は、水添脱硫器の適切な温度制御を行うには、構成が複雑化する可能性がある。更には、かかる温度制御が困難な場合も有り得る。
In
そこで、図9に示すように、燃料電池1への発電用の空気と水添脱硫器2を通過した排ガスと、が熱交換する熱交換器4と、燃料電池1からの排ガスと、熱交換器4を通過した空気と、が熱交換する熱交換器5と、を備える燃料電池システム100を提案している(特願2013−262387号)。図9の燃料電池システム100は、従来に比べ、排ガスの熱量を有効に利用できる。よって、燃料電池システム100の発電効率を向上させ得るとともに、水添脱硫器2を適温範囲に安定に制御できる。
Therefore, as shown in FIG. 9, heat exchange between the air for power generation to the
しかし、図9の燃料電池システム100は、熱交換器4と熱交換器5とを接続する様々なガス経路6、7、10が必要となる。よって、これらの経路6、7、10でガスの放熱が発生するので、燃料電池システム100の発電効率が低下する可能性がある。
However, the
例えば、熱交換器4および熱交換器5が、水添脱硫器2から離れて配される場合、排ガス経路を形成する配管の引き回しから、排ガスの放熱が起こりやすくなる。これにより、燃料電池システム100の発電効率が低下する可能性がある。
For example, when the
また、熱交換器4および熱交換器5が、水添脱硫器2から離れて配される場合、空気経路を形成する配管の引き回しから、空気の放熱も起こりやすくなる。つまり、熱交換器4で予熱した空気が、熱交換器4と熱交換器5とを接続する空気経路の途中で放熱し、燃料電池システム100の発電効率が低下する可能性がある。
Further, when the
また、2個の熱交換器を別体に設けることで燃料電池システム100が大型化する。すると、燃料電池システム100の筐体の伝熱面積が増えて、燃料電池システム100の放熱量が増加する。燃料電池システム100の放熱量が増加すると、燃料電池システム100の発電効率が低下する可能性がある。
Moreover, the
そして、燃料電池システム100の配管や筐体からの放熱量が増加すると、燃料電池システム100の熱バランスを取りにくくなるという問題もある。
Further, when the amount of heat released from the piping or casing of the
更に、図9の燃料電池システム100は、熱交換器4、5が別体に構成されているので、燃料電池システム100の小型化に難点がある。また、燃料電池システム100のコスト化が嵩む傾向がある。例えば、2個の熱交換器を別体に設けることで燃料電池システム100の構成部材の個数が増加し、組立工数が増え、製造コストが上がる。また、燃料電池システム100の容積が増加し、燃料電池システム100が大型化する。
Furthermore, the
そこで、発明者らは、図9の燃料電池システム100に関する上記の様々な問題について鋭意検討し、上記の2個の熱交換器4、5を一体的に構成するという着想に到達した。
Accordingly, the inventors diligently studied the various problems related to the
すなわち、第1実施形態の燃料電池システムは、原料の改質で得られた燃料および空気を用いて発電する燃料電池と、原料中の硫黄成分を除去する水添脱硫器と、空気が流れる空気経路と燃料電池の加熱に用いた排ガスが流れる第1排ガス経路とを備え、空気と排ガスとが熱交換する第1熱交換器と、空気経路と排ガスが流れる第2排ガス経路とを備え、空気と排ガスとが熱交換する第2熱交換器と、排ガスを用いて水添脱硫器を加熱する加熱器と、を備える。排ガスは、第1熱交換器の第1排ガス経路、加熱器および第2熱交換器の第2排ガス経路をこの順に流れ、空気は、第2熱交換器の空気経路、第1熱交換器の空気経路および燃料電池をこの順に流れ、第1熱交換器と第2熱交換器と、が一体的に構成されている。 That is, the fuel cell system of the first embodiment includes a fuel cell that generates power using fuel and air obtained by reforming a raw material, a hydrodesulfurizer that removes sulfur components in the raw material, and air that flows air. A first exhaust gas path through which the exhaust gas used for heating the path and the fuel cell flows, a first heat exchanger for exchanging heat between the air and the exhaust gas, a second exhaust gas path through which the air path and the exhaust gas flow, and an air And a second heat exchanger for exchanging heat with the exhaust gas, and a heater for heating the hydrodesulfurizer using the exhaust gas. The exhaust gas flows in this order through the first exhaust gas path of the first heat exchanger, the heater and the second exhaust gas path of the second heat exchanger, and the air flows through the air path of the second heat exchanger, the first heat exchanger. The air path and the fuel cell flow in this order, and the first heat exchanger and the second heat exchanger are integrally configured.
なお、上記の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池でであってもよい。 The fuel cell may be a solid oxide fuel cell.
かかる構成により、水添脱硫器を排ガスで加熱する場合において、従来に比べ、水添脱硫器の適切な温度制御を行い得る。 With this configuration, when the hydrodesulfurizer is heated with exhaust gas, it is possible to control the temperature of the hydrodesulfurizer more appropriately than in the past.
また、第1熱交換器と第2熱交換器とを一体的に構成することで、第1熱交換器、第2熱交換器および加熱器をそれぞれ接続する部材の個数および流路長を削減できる。第1熱交換器と第2熱交換器とを一体的に構成することで燃料電池システムを小型化できるので、燃料電池システム筐体の伝熱面積を減らせる。 In addition, by integrally configuring the first heat exchanger and the second heat exchanger, the number of members connecting the first heat exchanger, the second heat exchanger, and the heater and the flow path length can be reduced. it can. Since the fuel cell system can be downsized by integrally configuring the first heat exchanger and the second heat exchanger, the heat transfer area of the fuel cell system housing can be reduced.
以上により、本実施形態の燃料電池システムは、図9の燃料電池システム100に比べ、上記各部材からの放熱を抑制できる。よって、燃料電池システムの発電効率を向上できる。更に、燃料電池システムの放熱を抑制できることから、燃料電池システムの熱バランスが取りやすくなる。
As described above, the fuel cell system according to the present embodiment can suppress the heat radiation from the respective members as compared with the
また、第1熱交換器、第2熱交換器および加熱器をそれぞれ接続する部材の個数および流路長を削減、および燃料電池システムの小型化などにより燃料電池システムの製造コストを低減できる。 In addition, the number of members connecting the first heat exchanger, the second heat exchanger, and the heater and the flow path length can be reduced, and the manufacturing cost of the fuel cell system can be reduced by downsizing the fuel cell system.
以下、第1実施形態の具体例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, specific examples of the first embodiment 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.
[装置構成]
図1は、第1実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
[Device configuration]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a fuel cell system according to the first embodiment.
図1に示すように、燃料電池システム100は、燃料電池6と、改質器4と、水添脱硫器3と、加熱器8と、空気経路10と、第1排ガス経路20と、第1熱交換器5と、第2排ガス経路21と、第2熱交換器13と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池6は、原料の改質で得られた燃料および空気を用いて発電する。なお、燃料電池システム100は、発料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器4を備えてもよい。改質器4を備えない場合は、燃料電池ユニット内で改質反応により水素含有ガスが生成される。このような例として、内部改質形の固体酸化物燃料電池が挙げられる。
The
燃料電池6は、いずれの種類であってもよい。燃料電池6として、例えば、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、および燐酸形燃料電池などを例示できる。
The
なお、燃料電池6が、固体酸化物形燃料電池の場合、水添脱硫器3、改質器4、燃料電池6、第1熱交換器5、加熱器8および第2熱交換器13などを、図示しない断熱材を用いて燃料電池ユニットの筐体内に配置しても構わない。
When the
燃料電池6は、燃料が供給される燃料極および空気が供給される空気極を備え、燃料極と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、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。
The
燃料電池6が固体酸化物形燃料電池の場合、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、又は、ランタンガレート系の固体電解質を備え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を備える場合、厚みにもよるが、約600−900℃の温度範囲で、燃料電池6の発電反応が行われる。
When the
なお、原料は、メタンを主成分とする都市ガスおよび天然ガス、LPGなどの少なくとも炭素および水素から構成される有機化合物を含むものである。 In addition, a raw material contains the organic compound comprised from carbon and hydrogen at least, such as city gas and natural gas which have methane as a main component, and LPG.
また、燃料電池システム100における改質反応(本実施形態では、改質器4の改質反応)は、いずれの形態であっても良い。改質反応として、例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応および部分酸化反応などを例示できる。図1には示されていないが、各改質反応において必要となる機器は適宜設けられる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、水蒸気を生成する蒸発器、および蒸発器に水を供給する水供給器などが設けられる。改質反応が、オートサーマル反応であれば、更に、空気を供給する空気供給器が設けられる。 Further, the reforming reaction in the fuel cell system 100 (in this embodiment, the reforming reaction of the reformer 4) may take any form. Examples of the reforming reaction include a steam reforming reaction, an autothermal reaction, and a partial oxidation reaction. Although not shown in FIG. 1, equipment required for each reforming reaction is provided as appropriate. For example, if the reforming reaction is a steam reforming reaction, an evaporator that generates steam and a water supply unit that supplies water to the evaporator are provided. If the reforming reaction is an autothermal reaction, an air supply device for supplying air is further provided.
改質器4の改質触媒としては、例えば、Al2O3(アルミナ)の球体表面にNiを含浸し、担持した触媒、Al2O3の球体表面にルテニウムを付与した触媒などを例示できる。
Examples of the reforming catalyst of the
ここで、燃料電池システム100の起動時は、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には熱エネルギーが不足している。そこで、燃料電池システム100の起動時は、改質水経路から蒸発器に水を供給させずに、改質器4に供給する空気を利用して、下記式(1)で表される部分酸化改質が行われ、改質ガス(水素含有ガス)および一酸化炭素ガスが生成される。
Here, when the
CnHm + (n/2)O2 → n・CO + (m/2)H2(n,mは任意の自然数)
・・・(1)
CnHm + (n / 2) O 2 → n · CO + (m / 2) H 2 (n and m are arbitrary natural numbers)
... (1)
そして、これらの改質ガスおよび一酸化炭素ガスは、固体酸化物形の燃料電池6に供給され、燃料電池6において、空気とともに発電反応に利用される。
These reformed gas and carbon monoxide gas are supplied to the solid
また、燃料電池システム100の起動後、燃料電池6の発電が進行するにつれて、改質器4の温度が上昇する。すなわち、上記式(1)で表される部分酸化改質反応は発熱反応であること、および、燃料電池6のオフガスを燃焼する燃焼部(図示せず)からの排ガスの熱および燃焼部の輻射熱により、改質器4の温度が上昇する。そして、改質器4の温度が、例えば、400℃以上に昇温すると、下記式(2)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。
Further, after the
CnHm + n・H2O → n・CO +(m/2+ n)H2(n,mは任意の自然数)
・・・(2)
CnHm + n · H 2 O → n · CO + (m / 2 + n) H 2 (n, m is an arbitrary natural number)
... (2)
水蒸気改質反応は、部分酸化改質反応と比較すると、同じ量の炭化水素(CnHm)から生成できる水素量が多い。よって、燃料電池6の発電反応に利用可能な改質ガス中の水素量が多くなる。つまり、水蒸気改質反応の方が、部分酸化改質反応に比べて効率よく改質ガスを生成できる。
The steam reforming reaction has a larger amount of hydrogen that can be generated from the same amount of hydrocarbon (CnHm) than the partial oxidation reforming reaction. Therefore, the amount of hydrogen in the reformed gas that can be used for the power generation reaction of the
一方、水蒸気改質反応は吸熱反応であるので、部分酸化改質反応による発熱、燃焼部の排ガスの熱、および燃焼部の輻射熱を利用し、水蒸気改質反応に必要な熱量を補いつつ、水蒸気改質反応を進行させる必要がある。そして、改質器4の温度が、例えば、600℃以上になれば、水蒸気改質反応に必要な熱量を排ガスの熱および燃焼部の輻射熱だけで補うことが可能になり、改質器4における反応が水蒸気改質のみで行われる。
On the other hand, the steam reforming reaction is an endothermic reaction. The reforming reaction needs to proceed. When the temperature of the
水添脱硫器3は、原料中の硫黄成分を除去する。硫黄化合物などの硫黄成分が除去された原料は、改質器4に送られる。水添脱硫器3の容器に水添脱硫剤が充填される。水添脱硫剤は、例えば、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能と硫化水素を吸着する機能を共に有するCuZn系触媒が用いられる。水添脱硫剤は、本例に限定されるものではなく、原料中の硫黄化合物を硫化水素に変換するNiMo系触媒又はCoMo系触媒と、その下流に配されて硫化水素を吸着除去する硫黄吸着剤であるZnO系触媒、又はCuZn系触媒とで構成しても構わない。
The
また、図示しないリサイクル経路により、燃料電池6に送る改質ガスの一部を、水添反応用の水素として水添脱硫器3に流入する前の原料に供給しても構わない。
In addition, a part of the reformed gas sent to the
例えば、改質器4から燃料電池6への経路を途中(分岐部)で分岐させ、改質器4からの改質ガスの一部を原料に戻すためのリサイクル経路を設けても構わない。これにより、水添脱硫器3へと供給される原料に水素を添加することが可能となり、水添脱硫器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。
For example, a path from the
なお、改質器4から燃料電池6への経路とリサイクル経路との分岐部の近傍であって、かつ、リサイクル経路上に減圧部を設けても構わない。減圧部は、リサイクル経路内を流れ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構成される。すなわち、減圧部は、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、リサイクル経路内を所望の流量だけ改質ガスが流れるように構成されている。また、このリサイクル経路の途中に凝縮器を設けても構わない。凝縮器を備える構成であると、リサイクル経路を流れる改質ガスが低温化したとき、この凝縮器により水分を回収することができる。よって、凝縮水によるリサイクル経路の流路閉塞などの可能性が低減する。
Note that a decompression unit may be provided in the vicinity of a branch portion between the path from the
また、リサイクル経路と原料供給経路との接続箇所よりも下流であって、水添脱硫器3よりも上流の原料供給経路上に、原料供給器を配しても構わない。原料供給器は、改質器4へ供給する原料の流量を調整する機器であり、例えば、昇圧器と流量調整弁により構成されるが、これらのいずれか一方により構成されてもよい。昇圧器として、例えば、定容積型ポンプなどを例示できる。流量調整弁として、例えば、電磁弁などを例示できる。原料は、原料供給源から原料供給器に供給される。原料供給源は所定の供給圧を備える。原料供給源として、例えば、原料ボンベ、原料インフラなどを例示できる。
Further, the raw material supply device may be disposed on the raw material supply route downstream of the connection point between the recycling route and the raw material supply route and upstream of the
ここで、水添脱硫剤として、NiMo系触媒又はCoMo系触媒と酸化亜鉛とを組み合わせた触媒を用いる場合、水添脱硫器3は、約350−400℃の温度範囲で、原料中の硫黄化合物を水添分解する。そして、水添脱硫器3は、H2Sを約350−400℃の温度範囲でZnOに吸着させることで除去する。例えば、原料が都市ガスの場合、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;C2H6S,DMS)が含まれる。このDMSは、水添脱硫器3において、以下の反応式(式(1)、(2))によるZnSの形、又は物理吸着の形で脱硫剤によって除去される。
Here, as a hydrodesulfurization agent, when using a NiMo catalyst or a catalyst in which a CoMo catalyst and zinc oxide are combined, the
C2H6S+2H2→2CH4+H2S・・・(1)
H2S+ZnO→H2O+ZnS・・・・・(2)
C 2 H 6 S + 2H 2 → 2CH 4 + H 2 S (1)
H 2 S + ZnO → H 2 O + ZnS (2)
なお、上記付臭剤は、例示であって、本例に限定されない。付臭剤として、例えば、TBM(C4H10S)又はTHT(C4H8S)などの他の硫黄化合物を例示できる。 In addition, the said odorant is an illustration and is not limited to this example. Examples of the odorant include other sulfur compounds such as TBM (C 4 H 10 S) or THT (C 4 H 8 S).
水添脱硫剤として、CuZn系触媒を用いる場合、約150−350℃が、水添脱硫器3による水添反応の適温の動作温度となる。このCuZn系触媒は、水添脱硫の他、物理吸着の性能を備える。水添脱硫器3は、低温で主に物理吸着、高温で化学吸着(H2S+ZnO→H2O+ZnS)を行うことができる。この場合、水添脱硫器3を通過した原料中の硫黄含有量は、1vol ppb(parts per billion)以下、通常は、0.1vol ppb以下となる。
When a CuZn-based catalyst is used as the hydrodesulfurization agent, about 150 to 350 ° C. is an appropriate operating temperature for the hydrogenation reaction by the
また、水添脱硫器3に、図示しない温度検知器を配しても構わない。温度検知器は、水添脱硫剤の温度を直接的又は間接的に検知できれば、どのような構成であっても構わない。例えば、水添脱硫器3の内部に温度検知器を設け、水添脱硫剤の温度を直接的に検知しても構わないし、水添脱硫剤の温度と相関する所定の箇所(例えば、水添脱硫器3に接続される配管など)に温度検知器を設け、水添脱硫剤の温度を間接的に検知しても構わない。温度検知器として、例えば、熱電対又はサーミスタなどを例示できる。そして、図示しない制御器は、上記の温度検知器の検知温度に基づいて、フィードバック制御を行っても構わない。例えば、燃焼部の異常又は燃料電池システム100の低負荷時(低発電量時)には水添脱硫器3が過昇温となる場合がある。そこで、温度検出器をモニターすることで、予め定められた時間内に、温度検出器の検知温度が、所定の基準温度になるように発電用の空気の流量調整によるフィードバック制御を行い得る。これにより、水添脱硫器3の過昇温を適切に抑止できる。
Further, the
制御器は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であっても構わない。制御器は、例えば、演算処理部(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)とを備える。演算処理部としては、例えば、MPU、CPUなどを例示できる。記憶部としては、例えば、メモリなどを例示できる。制御器は、集中制御が行われる単独の制御器で構成されていてもいいし、分散制御が行われる複数の制御器で構成されていてもいい。 The controller may have any configuration as long as it has a control function. The controller includes, for example, an arithmetic processing unit (not shown) and a storage unit (not shown) that stores a control program. Examples of the arithmetic processing unit include an MPU and a CPU. Examples of the storage unit include a memory. The controller may be composed of a single controller that performs centralized control, or may be composed of a plurality of controllers that perform distributed control.
第1熱交換器5は、空気が流れる空気経路10と燃料電池6の加熱に用いた排ガスが流れる第1排ガス経路20とを備え、空気と排ガスとが熱交換する。第1熱交換器5は、空気と排ガスとが熱交換できれば、どのような構成であっても構わない。例えば、第1熱交換器5は、空気および排ガスの流れが対向している対向流熱交換器でもいいし、両流体の流れが並行している並行流熱交換器でもいいし、両流体の流れが直交している直交流熱交換器でもいい。また、第1熱交換器5は、プレート式熱交換器でもいいし、多管式熱交換器でもいい。
The
第2熱交換器13は、上記空気経路10と排ガスが流れる第2排ガス経路21とを備え、空気と排ガスとが熱交換する。第2熱交換器13は、空気と排ガスとが熱交換できれば、どのような構成であっても構わない。例えば、第2熱交換器13は、空気および排ガスの流れが対向している対向流熱交換器でもいいし、両流体の流れが並行している並行流熱交換器でもいいし、両流体の流れが直交している直交流熱交換器でもいい。また、第2熱交換器13は、プレート式熱交換器でもいいし、多管式熱交換器でもいい。
The
なお、図示を省略しているが、燃料電池システム100は、燃料電池ユニット外から空気経路10を介して第2熱交換器13に空気を供給する空気供給器を備える。空気供給器は、燃料電池6の発電に用いる空気(発電用の空気)の流量を調整する機器である。空気供給器は、例えば、昇圧器と流量計などから構成されていても構わない。昇圧器として、例えば、ポンプなどを例示できる。ポンプとして、例えば、電磁駆動式のダイアフラムポンプなどを例示できる。また、流量計として、例えば、熱量式センサーなどを例示できる。
In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the
加熱器8は、排ガスを用いて水添脱硫器3を加熱する。具体的には、燃料電池6のオフガスを燃焼する燃焼部からの排ガスを用いて水添脱硫器3が加熱される。加熱器8は、排ガスを用いて水添脱硫器3を加熱できれば、どのような構成であっても構わない。加熱器8として、例えば、水添脱硫器3(原料ガス)と排ガスとの熱交換が行われる熱交換器などを例示できる。
The
ここで、図1に示すように、本実施形態の燃料電池システム100では、排ガスは、第1熱交換器5の第1排ガス経路20、加熱器8および第2熱交換器13の第2排ガス経路21をこの順に流れている。具体的には、図1に示すように、燃焼部からの排ガスは、第1排ガス経路20を通じて第1熱交換器5を流通した後、第1排ガス経路20からの排ガスが加熱器8に流入する。加熱器8からの排ガスは、第2排ガス経路21を通じて第2熱交換器13を流通した後、燃料電池ユニット外へ排出される。
Here, as shown in FIG. 1, in the
また、燃料電池ユニット外からの空気は、第2熱交換器13の空気経路10、第1熱交換器5の空気経路10および燃料電池6をこの順に流れている。
Air from the outside of the fuel cell unit flows through the
以上により、本実施形態の燃料電池システム100は、水添脱硫器3を排ガスで加熱する場合において、従来に比べ、水添脱硫器3の適切な温度制御を行い得る。また、本実施形態の燃料電池システム100は、従来に比べ、排ガスの熱回収効率を向上し得る。例えば、第1熱交換器5において、第2熱交換器13からの空気を更に加熱できるとともに、加熱器8を流れる排ガスの温度を、水添脱硫器3での水添反応に適した温度範囲にまで低下できる。また、第2熱交換器13において、水添脱硫器3からの排ガスを用いて、燃料電池ユニット外からの低温の空気を予熱できる。
As described above, the
また、図1に示すように、本実施形態の燃料電池システム100では、第1熱交換器5と第2熱交換器13と、が一体的に構成されている。具体的には、第1熱交換器5および第2熱交換器13において、空気経路10を形成する部材が共通化されている。また、第1熱交換器5および第2熱交換器13において、第1排ガス経路20、第2排ガス経路21および空気経路10はそれぞれ、隣接して配置されている。なお、このような第1熱交換器5と第2熱交換器13との一体的な構成は、第1熱交換器5、第2熱交換器13および加熱器8のそれぞれを接続する部材(例えば、配管など)の個数および流路長を削減することを意図しており、第1熱交換器5の第1排ガス経路20と第2熱交換器13の第2排ガス経路21との間に、適宜の断熱構成を設けることを妨げるものではない。両者を流れる排ガスが持っている熱が交換しにくくなる断熱構成については、第2実施形態で説明する。
Moreover, as shown in FIG. 1, in the
第1熱交換器5と第2熱交換器13とを一体的に構成することで、第1熱交換器5、第2熱交換器13および加熱器8をそれぞれ接続する部材(例えば、配管など)の個数および流路長を削減できる。例えば、本実施形態では、第1熱交換器5および第2熱交換器13の空気経路10を形成する部材を共通にすることで、第1熱交換器5の空気経路10と第2熱交換器13の空気経路10とを接続する配管などが不要となる。また、第1熱交換器5と加熱器8との間の第1排ガス経路20および第2熱交換器13と加熱器8との間の第2排ガス経路21の引き回しが容易となり、これらの第1排ガス経路20および第2排ガス経路21の流路長の短縮化が可能となる。また、第1熱交換器5と第2熱交換器13とを一体的に構成することで燃料電池システム100を小型化できるので、燃料電池システム100の筐体の伝熱面積を減らせる。
By integrally configuring the
以上により、本実施形態の燃料電池システム100は、図9の燃料電池システム100に比べ、上記各部材からの放熱を抑制できる。よって、燃料電池システム100の発電効率を向上できる。更に、燃料電池システム100の放熱を抑制できることから、燃料電池システム100の熱バランスが取りやすくなる。
As described above, the
また、第1熱交換器5、第2熱交換器13および加熱器8をそれぞれ接続する部材(例えば、配管など)の個数および流路長を削減、および燃料電池システム100の小型化などにより、燃料電池システム100の製造コストを低減できる。
In addition, by reducing the number of members (for example, piping) and the flow path length that connect the
[動作]
以下、本実施形態の燃料電池システム100の動作の一例について図1を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御器の制御プログラムで行われても構わない。
[Operation]
Hereinafter, an example of the operation of the
本実施形態の燃料電池システム100では、水添脱硫器3を加熱する加熱器8を設けることにより、高温の排ガスによって水添脱硫器3を水添反応に適した温度まで加熱できる構成となっている。よって、ここでは、燃焼部からの排ガスの流れおよび熱移動について詳しく説明する。
In the
燃焼部からの排ガスの流量およびその温度については、固体酸化物形の燃料電池6における改質ガスおよび空気(発電用の空気)の燃料利用率(燃料として燃料電池6の発電反応で消費される割合)を調整することにより、制御することが可能である。 Regarding the flow rate of exhaust gas from the combustion section and its temperature, the fuel utilization rate of reformed gas and air (power generation air) in the solid oxide fuel cell 6 (consumed as a fuel in the power generation reaction of the fuel cell 6) It is possible to control by adjusting the ratio.
例えば、燃焼部の温度範囲を、約600−900℃になるように、燃料電池6における改質ガスおよび空気の燃料利用率を設定する。
For example, the fuel utilization rate of the reformed gas and air in the
このように温度範囲が設定された燃焼部において、未利用の改質ガスと発電用の空気との燃焼が行われ、排ガスが生成される。排ガスは、改質器4および改質水を蒸発する蒸発器などを加熱に用いられ、排ガスの熱の一部が消費される。
In the combustion section in which the temperature range is set in this way, unused reformed gas and power generation air are combusted, and exhaust gas is generated. The exhaust gas is used for heating the
次に、排ガスは、第1熱交換器5の加熱流体として、第1排ガス経路20を通じて第1熱交換器5に流入する。このとき、第1熱交換器5において、燃料電池6の発電に用いる空気(発電用の空気)と排ガスと、が熱交換する。これにより、排ガスは、熱が更に奪われ、排ガスの温度は、水添脱硫器3の水添反応に適した温度範囲まで低下する。そして、排ガスは、第1排ガス経路20を通じて加熱器8へ流入する。つまり、燃焼部の排ガスの温度は、例えば、約600℃−900℃と高温である。しかし、排ガスを用いて、改質器4および蒸発器を加熱するとともに、第1熱交換器5において発電用の空気と熱交換させることで、加熱器8に到達するまでに排ガスの温度は適温にまで冷却できる。特に、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、第1熱交換器5では大量の熱量が必要となる。そこで、空気加熱に必要な熱を排ガスの熱によって賄うことができる。
Next, the exhaust gas flows into the
このようにして、排ガスの温度は、燃焼部での排ガスの流量と温度、改質器4および蒸発器に吸熱される熱量、および、第1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。
Thus, the temperature of the exhaust gas takes into consideration the flow rate and temperature of the exhaust gas in the combustion section, the amount of heat absorbed by the
水添脱硫器3は、加熱器8に適温の排ガスを流すことで加熱される。水添脱硫器3の水添脱硫剤として、CuZn系触媒を用いる場合、加熱器8の排ガスの温度は、約150−350℃になるように、燃焼部での排ガスの流量および温度、改質器4および蒸発器で吸熱される熱量、第1熱交換器5で吸熱される熱量などが制御される。水添脱硫器3の水添脱硫剤として、Ni−Mo系又はCo−Mo系触媒と酸化亜鉛とを組み合わせた触媒を用いる場合、加熱器8の排ガスの温度は、約350−450℃になるように、燃焼部での排ガスの流量および温度、改質器4および蒸発器で吸熱される熱量、第1熱交換器5で吸熱される熱量などが制御される。以上により、水添脱硫器3は、水添反応に適した温度に温度制御される。
The
加熱器8を通過した排ガスは、第2熱交換器13の加熱流体として、第2排ガス経路21を通じて第2熱交換器13に流入する。このとき、第2熱交換器13において、燃料電池ユニット外からの発電用の空気と排ガスと、が熱交換する。これにより、低温の発電用の空気を予熱できる。例えば、排ガスの温度が、約150℃−200℃になるように、排ガスから熱が更に奪われ、燃料電池ユニット外に排出される。なお、燃料電池ユニット外に排出した排ガスの熱を水との熱交換で回収し、熱回収が行われた水を貯湯タンクに貯えても構わない。
The exhaust gas that has passed through the
以上により、本実施形態の燃料電池システム100は、水添脱硫器3を排ガスで加熱する場合において、従来に比べ、水添脱硫器3の適切な温度制御を行い得る。また、本実施形態の燃料電池システム100は、従来に比べ、排ガスの熱回収効率を向上し得る。
As described above, the
(第1実施例)
第1実施形態の第1実施例の燃料電池システムは、第1実施形態の燃料電池システムにおいて、第1熱交換器および第2熱交換器は、直交流熱交換器である。
(First embodiment)
The fuel cell system according to the first example of the first embodiment is the fuel cell system according to the first embodiment, wherein the first heat exchanger and the second heat exchanger are cross flow heat exchangers.
かかる構成により、第1熱交換器および第2熱交換器は、並行流熱交換器を用いる場合に比べ、熱交換の性能が向上する。 With this configuration, the heat exchange performance of the first heat exchanger and the second heat exchanger is improved as compared with the case where a parallel flow heat exchanger is used.
本実施例の燃料電池システムは、上記の特徴以外は、第1実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。 The fuel cell system of the present embodiment may be configured in the same manner as the fuel cell system of the first embodiment except for the above features.
[装置構成]
図2は、第1実施形態の第1実施例の燃料電池システムの熱交換器の一例を示す図である。なお、図2では、便宜上、第1熱交換器5Aおよび第2熱交換器13Aの空気経路10と、第1熱交換器5Aの第1排ガス経路20および第2熱交換器13Aの第2排ガス経路21と、を分割して図示している。
[Device configuration]
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a heat exchanger of the fuel cell system according to the first example of the first embodiment. In FIG. 2, for convenience, the
図2に示すように、第1排ガス経路20の排ガスおよび第2排ガス経路21の排ガスはそれぞれ、分散部30および分散部31において整流されて左右方向に流れる。一方、空気経路10の空気は、分散部32において整流されて、左右方向に直交する上下方向に流れる。つまり、第1熱交換器5Aおよび第2熱交換器13Bは、空気および排ガスの流れが直交している直交流熱交換器である。
As shown in FIG. 2, the exhaust gas in the first
以上により、第1熱交換器5Aおよび第2熱交換器13Aは、並行流熱交換器を用いる場合に比べ、熱交換の性能が向上する。
As described above, the heat exchange performance of the
(第2実施例)
第1実施形態の第2実施例の燃料電池システムは、第1実施形態の燃料電池システムにおいて、第1熱交換器および第2熱交換器は、プレート式熱交換器である。
(Second embodiment)
The fuel cell system of the second example of the first embodiment is the same as the fuel cell system of the first embodiment, but the first heat exchanger and the second heat exchanger are plate heat exchangers.
これにより、第1熱交換器および第2熱交換器は、例えば、二重管式熱交換器などを用いる場合に比べ、熱交換の性能が向上し、コンパクトに構成できる。よって、これらの第1熱交換器および第2熱交換器を小型高効率で一体的に構成できる。 Thereby, compared with the case where a 1st heat exchanger and a 2nd heat exchanger use a double pipe type heat exchanger etc., for example, the performance of heat exchange improves and it can comprise compactly. Therefore, these 1st heat exchangers and 2nd heat exchangers can be constituted integrally with small size and high efficiency.
本実施例の燃料電池システムは、上記の特徴以外は、第1実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。 The fuel cell system of the present embodiment may be configured in the same manner as the fuel cell system of the first embodiment except for the above features.
[装置構成]
図3は、第1実施形態の第2実施例の燃料電池システムの熱交換器の一例を示す図である。なお、図3の上段の図は、熱交換器の側面図であり、下段の図は、熱交換器の上面図である。
[Device configuration]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a heat exchanger of the fuel cell system according to the second example of the first embodiment. The upper diagram in FIG. 3 is a side view of the heat exchanger, and the lower diagram is a top view of the heat exchanger.
図3に示すように、矩形の筐体40内に、排ガスと空気とが流入出する。また、筐体40内は、第1熱交換器5Bおよび第2熱交換器13Bが一体に収容されている。具体的には、第1熱交換器5Bおよび第2熱交換器13Bは、波形にプレスされた排ガス用伝熱プレート(図示せず)と、空気用伝熱プレート(図示せず)とを、ガスケットを介して交互に重ね合わせて組立てられている。つまり、第1熱交換器5Bおよび第2熱交換器13Bは、プレート式熱交換器である。
As shown in FIG. 3, exhaust gas and air flow into and out of the
以上により、第1熱交換器5Bおよび第2熱交換器13Bは、例えば、二重管式熱交換器などを用いる場合に比べ、熱交換の性能が向上し、コンパクトに構成できる。よって、これらの第1熱交換器5Bおよび第2熱交換器13Bを小型高効率で一体的に構成できる。
By the above, the
(第2実施形態)
第2実施形態の燃料電池システムは、第1実施形態、第1実施形態の第1実施例および第1実施形態の第2実施例のいずれかの燃料電池システムにおいて、第1熱交換器の第1排ガス経路と第2熱交換器の第2排ガス経路との間が断熱されている。例えば、第1排ガス経路と第2排ガス経路との間に空間が形成されている。
(Second Embodiment)
The fuel cell system according to the second embodiment is the fuel cell system according to any one of the first embodiment, the first example of the first embodiment, and the second example of the first embodiment. The space between the 1 exhaust gas path and the second exhaust gas path of the second heat exchanger is insulated. For example, a space is formed between the first exhaust gas path and the second exhaust gas path.
第1熱交換器の第1排ガス経路と第2熱交換器の第2排ガス経路とを断熱に構成することで、両排ガス経路間の熱移動を低減できる。よって、このような断熱構成を取らない場合に比べ、熱交換の性能が向上する。 By configuring the first exhaust gas path of the first heat exchanger and the second exhaust gas path of the second heat exchanger as heat insulation, heat transfer between the two exhaust gas paths can be reduced. Therefore, the heat exchange performance is improved as compared with the case where such a heat insulating configuration is not adopted.
本実施形態の燃料電池システムは、上記の特徴以外は、第1実施形態、第1実施形態の第1実施例および第1実施形態の第2実施例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。 The fuel cell system of this embodiment is configured in the same manner as the fuel cell system of any one of the first embodiment, the first example of the first embodiment, and the second example of the first embodiment, except for the above-described features. May be.
[装置構成]
図4は、第2実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
[Device configuration]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a fuel cell system according to the second embodiment.
図4に示すように、燃料電池システム100は、燃料電池6と、改質器4と、水添脱硫器3と、加熱器8と、空気経路10と、第1排ガス経路20と、第1熱交換器5と、第2排ガス経路21と、第2熱交換器13と、断熱空気層29と、を備える。燃料電池6、改質器4、水添脱硫器3、加熱器8、空気経路10、第1排ガス経路20、第1熱交換器5、第2排ガス経路21および第2熱交換器13については第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
As shown in FIG. 4, the
本実施形態の燃料電池システム100は、第1熱交換器5の第1排ガス経路20と第2熱交換器13の第2排ガス経路21との間が断熱されている。燃料電池システム100は、第1排ガス経路20と第2排ガス経路21との間を断熱できれば、どのような構成であっても構わない。本実施形態では、図4に示すように、第1排ガス経路20と第2排ガス経路21との間に空間を形成している。これにより、両排ガス経路20、21の間を断熱空気層29として構成している。また、この空間にセラミックなどの適宜の断熱材を設けても構わない。
In the
第1熱交換器5の第1排ガス経路20を流れる排ガスの温度は、第2熱交換器13の第2排ガス経路21を流れる排ガスの温度に比べて高い。
The temperature of the exhaust gas flowing through the first
そこで、上記の如く、第1熱交換器5の第1排ガス経路20と第2熱交換器13の第2排ガス経路21とを断熱に構成することで、両排ガス経路20、21間の熱移動を低減できる。よって、このような断熱構成を取らない場合に比べ、熱交換の性能が向上する。
Therefore, as described above, the first
なお、図4では、第1実施形態(図1)の第1熱交換器5の第1排ガス経路20と第2熱交換器13の第2排ガス経路21との間を断熱する例を示しているが、これに限らない。
In addition, in FIG. 4, the example which heat-insulates between the 1st exhaust gas path | route 20 of the
第1実施形態の第1実施例(図2)の第1熱交換器5Aの第1排ガス経路20と第2熱交換器13Aの第2排ガス経路21との間を断熱してもいいし、第1実施形態の第2実施例(図3)の第1熱交換器5Bの第1排ガス経路20と第2熱交換器13Bの第2排ガス経路21との間を断熱してもいい。これらの熱交換器は、両排ガス経路を断熱すると、上記のとおり、このような断熱構成を取らない場合に比べ、熱交換の性能が向上する。
The first
(第3実施形態)
第3実施形態の燃料電池システムは、第1実施形態又は第2実施形態の燃料電池システムにおいて、空気経路を形成する円筒体は、第1排ガス経路を形成する円筒体、および第2排ガス経路を形成する円筒体と同心状に構成されている。
(Third embodiment)
The fuel cell system according to the third embodiment is the same as the fuel cell system according to the first embodiment or the second embodiment. The cylindrical body that forms the air path includes the cylindrical body that forms the first exhaust gas path, and the second exhaust gas path. Concentric with the cylindrical body to be formed.
第1熱交換器および第2熱交換器を円筒形に構成することで、第1熱交換器および第2熱交換器の伝熱領域を円周全域に亘り確保できる。よって、第1熱交換器および第2熱交換器を高効率化に構成できる。また、燃料電池システムの表面積を小さくでき、燃料電池システムを小型に構成できる。よって、燃料電池システムの一層の小型高効率化を実現できる。 By configuring the first heat exchanger and the second heat exchanger in a cylindrical shape, the heat transfer regions of the first heat exchanger and the second heat exchanger can be secured over the entire circumference. Therefore, the first heat exchanger and the second heat exchanger can be configured with high efficiency. Further, the surface area of the fuel cell system can be reduced, and the fuel cell system can be made compact. Therefore, further miniaturization and high efficiency of the fuel cell system can be realized.
本実施形態の燃料電池システムは、上記の特徴以外は、第1実施形態又は第2実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。 The fuel cell system of the present embodiment may be configured in the same manner as the fuel cell system of the first embodiment or the second embodiment except for the above features.
[装置構成]
図5Aおよび図5Bは、第3実施形態の燃料電池システムの熱交換器の一例を示す図である。なお、図5Aおよび図5Bの下段の図は、上段の上面図のC−C断面図である。
[Device configuration]
5A and 5B are diagrams illustrating an example of a heat exchanger of the fuel cell system according to the third embodiment. 5A and 5B are CC cross-sectional views of the upper plan view.
図5Aに示す例では、第1熱交換器105Aおよび第2熱交換器113Aの空気経路を形成する円筒体10Aは、中心軸200を中心に、第1熱交換器105Aの第1排ガス経路を形成する円筒体20A、および第2熱交換器113Aの第2排ガス経路を形成する円筒体21Aと同心状に構成されている。
In the example shown in FIG. 5A, the
また、図5Aでは、円筒体20Aおよび円筒体21Aが、円筒体10Aを覆うように外側に設けられている。そして、これらの円筒体20Aおよび円筒体21Aの外面は、図示しない断熱材で覆われる。なお、円筒体10Aの端部からの空気は、図示しない配管を介して円筒体20Aおよび円筒体21A内の燃料電池(図示せず)に送られる。
In FIG. 5A, a
また、図5Bに示す例では、第1熱交換器105Bおよび第2熱交換器113Bの空気経路を形成する円筒体10Bは、中心軸200を中心に、第1熱交換器105Bの第1排ガス経路を形成する円筒体20B、および第2熱交換器113Bの第2排ガス経路を形成する円筒体21Bと同心状に構成されている。
In the example shown in FIG. 5B, the
また、図5Bでは、円筒体10Bが、円筒体20Bおよび円筒体21Bを覆うように外側に設けられている。そして、この円筒体10Bの外面は、図示しない断熱材で覆われる。なお、円筒体10Bの端部からの空気は、図示しない配管を介して円筒体10B内の燃料電池(図示せず)に送られる。
Moreover, in FIG. 5B, the
以上により、第1熱交換器105A、105Bおよび第2熱交換器113A、113Bを円筒形に構成することで、第1熱交換器105A、105Bおよび第2熱交換器113A、113Bの伝熱領域を円周全域に亘り確保できる。よって、第1熱交換器105A、105Bおよび第2熱交換器113A、113Bを高効率化に構成できる。また、燃料電池システムの表面積を小さくでき、燃料電池システムを小型に構成できる。よって、燃料電池システムの一層の小型高効率化を実現できる。
As described above, the
また、円筒体20Bおよび円筒体21Bを流れる排ガスの温度は、円筒体10Bを流れる空気の温度よりも高い。よって、図5Bの第1熱交換器105Bおよび第2熱交換器113Bは、図5Aの第1熱交換器105Aおよび第2熱交換器113Aに場合に比べ、燃料電池システム外への排ガスの放熱を抑制できる。
Moreover, the temperature of the exhaust gas flowing through the
一方、第2実施形態で説明したとおり、円筒体20Aと円筒体21Aとを、図5Aに示すように、断熱空気層29などを介して断熱する方が好ましい。図5Aに示す例では、円筒体20Aおよび円筒体21Aを、円筒体10Aの外側に設けているので、円筒体20Aおよび円筒体21Aを断熱配置することを容易に行うことができる。つまり、図5Aの第1熱交換器105Aおよび第2熱交換器113Aは、図5Bの第1熱交換器105Bおよび第2熱交換器113Bに比べ、製造が容易である。
On the other hand, as described in the second embodiment, it is preferable to insulate the
本発明の一態様は、水添脱硫器を排ガスで加熱する場合において、従来に比べ、水添脱硫器の適切な温度制御を行い得る。よって、本発明の一態様は、例えば、燃料電池システムに利用できる。 According to one embodiment of the present invention, when a hydrodesulfurizer is heated with exhaust gas, appropriate temperature control of the hydrodesulfurizer can be performed as compared with the conventional case. Thus, one embodiment of the present invention can be used, for example, in a fuel cell system.
3 水添脱硫器
4 改質器
5 第1熱交換器
6 燃料電池
8 加熱器
10 空気経路
13 第2熱交換器
20 第1排ガス経路
21 第2排ガス経路
29 断熱空気層
100 燃料電池システム
3
Claims (7)
前記原料中の硫黄成分を除去する水添脱硫器と、
前記空気が流れる空気経路と前記燃料電池の加熱に用いた排ガスが流れる第1排ガス経路とを備え、前記空気と前記排ガスとが熱交換する第1熱交換器と、
前記空気経路と前記排ガスが流れる第2排ガス経路とを備え、前記空気と前記排ガスとが熱交換する第2熱交換器と、
前記排ガスを用いて前記水添脱硫器を加熱する加熱器と、
を備え、
前記排ガスは、前記第1熱交換器の前記第1排ガス経路、前記加熱器および前記第2熱交換器の前記第2排ガス経路をこの順に流れ、
前記空気は、前記第2熱交換器の前記空気経路、前記第1熱交換器の前記空気経路および前記燃料電池をこの順に流れ、
前記第1熱交換器と前記第2熱交換器と、が一体的に構成されている燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity using fuel and air obtained by reforming the raw materials; and
A hydrodesulfurizer for removing sulfur components in the raw material;
A first heat exchanger that includes an air path through which the air flows and a first exhaust gas path through which the exhaust gas used to heat the fuel cell flows, and heat exchange between the air and the exhaust gas;
A second heat exchanger comprising the air path and a second exhaust gas path through which the exhaust gas flows, wherein the air and the exhaust gas exchange heat;
A heater for heating the hydrodesulfurizer using the exhaust gas;
With
The exhaust gas flows in this order through the first exhaust gas path of the first heat exchanger, the heater and the second exhaust gas path of the second heat exchanger,
The air flows through the air path of the second heat exchanger, the air path of the first heat exchanger, and the fuel cell in this order,
A fuel cell system in which the first heat exchanger and the second heat exchanger are integrally formed.
The cylindrical body forming the air path is configured concentrically with the cylindrical body forming the first exhaust gas path and the cylindrical body forming the second exhaust gas path. The fuel cell system according to any one of the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014236126A JP2016100183A (en) | 2014-11-21 | 2014-11-21 | Fuel battery system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014236126A JP2016100183A (en) | 2014-11-21 | 2014-11-21 | Fuel battery system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016100183A true JP2016100183A (en) | 2016-05-30 |
Family
ID=56077379
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014236126A Pending JP2016100183A (en) | 2014-11-21 | 2014-11-21 | Fuel battery system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016100183A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114365313A (en) * | 2019-09-24 | 2022-04-15 | 日产自动车株式会社 | Fuel cell system and control method of fuel cell system |
-
2014
- 2014-11-21 JP JP2014236126A patent/JP2016100183A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114365313A (en) * | 2019-09-24 | 2022-04-15 | 日产自动车株式会社 | Fuel cell system and control method of fuel cell system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8178062B2 (en) | Reforming apparatus for fuel cell | |
EP1754270B1 (en) | High temperature fuel cell system and method of operating same | |
US9515329B2 (en) | Fuel cell system | |
JP6488416B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2009096705A (en) | Reforming apparatus for fuel cell | |
JP6098795B2 (en) | Solid oxide fuel cell system | |
JP2009079155A (en) | Liquid fuel desulfurization apparatus and liquid fuel desulfurization system | |
JP2006269332A (en) | Solid oxide type fuel cell system | |
JP5272183B2 (en) | Fuel cell reformer | |
JP2015195188A (en) | fuel cell system | |
JP5396421B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2016100183A (en) | Fuel battery system | |
JP5830695B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2023023237A (en) | Solid oxide fuel cell system | |
JP2014107220A (en) | Solid oxide type fuel cell system | |
JP4610906B2 (en) | Fuel cell power generation system and method for starting fuel cell power generation system | |
JP2014107186A (en) | Solid oxide fuel cell system | |
WO2012091131A1 (en) | Fuel cell system | |
WO2012091132A1 (en) | Fuel cell system | |
US9278329B2 (en) | Hydrogen generator and fuel cell system including same | |
JP2010186668A (en) | Heat storage device and fuel cell system using it | |
JP2014154442A (en) | Solid oxide fuel cell system | |
KR20090033110A (en) | Reforming apparatus for fuel cell | |
JP2009051710A (en) | Reformer, fuel battery system, and method of operating reformer |