JP2016134278A - Fuel battery system - Google Patents
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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.
従来の燃料電池システムとしては、例えば特許文献1に記載されている技術が知られている。特許文献1に記載の燃料電池システムは、水素含有ガスを燃料ガスとして用いて発電する固体高分子型の燃料電池と、アンモニアを改質して燃料ガスを発生する改質装置と、液体状態のアンモニアを貯留する貯留タンクと、貯留タンクと改質装置との間に設けられ、液体状態のアンモニアを改質装置に供給するポンプと、改質装置に空気を供給するポンプと、燃料電池に空気を供給するポンプとを備えている。 As a conventional fuel cell system, for example, a technique described in Patent Document 1 is known. The fuel cell system described in Patent Document 1 includes a solid polymer fuel cell that generates power using a hydrogen-containing gas as a fuel gas, a reformer that generates ammonia by reforming ammonia, and a liquid state fuel cell system. A storage tank for storing ammonia, a pump provided between the storage tank and the reformer, for supplying liquid ammonia to the reformer, a pump for supplying air to the reformer, and air for the fuel cell And a pump for supplying
上記従来技術においては、改質装置に設けられた熱交換器によって、液体状態のアンモニアを気化させている。具体的には、2次電池によりヒータに電力を供給し、熱交換器によって液体状態のアンモニアとヒータの熱との間で熱交換を行うことにより、液体状態のアンモニアを加熱して気化させる。このようにアンモニアを気化するのにヒータ及び2次電池を使用しているため、システム効率が悪い。 In the above prior art, liquid ammonia is vaporized by a heat exchanger provided in the reformer. Specifically, power is supplied to the heater by the secondary battery, and heat exchange is performed between the liquid ammonia and the heat of the heater by the heat exchanger, thereby heating and vaporizing the liquid ammonia. Thus, since the heater and the secondary battery are used to vaporize ammonia, the system efficiency is poor.
本発明の目的は、システム効率を向上させることができる燃料電池システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of improving system efficiency.
本発明の一側面に係る燃料電池システムは、空気を導入してアンモニアを改質することで燃料ガスを生成する改質器と、改質器により生成された燃料ガスと空気とを用いて発電を行う燃料電池と、アンモニアを液体状態で貯蔵するアンモニアタンクと、アンモニアタンクに貯蔵された液体状態のアンモニアを改質器に向けて送り出すポンプと、ポンプと改質器との間に配置され、液体状態のアンモニアを気化させる気化器と、改質器及び燃料電池に空気を送る送気器と、送気器と燃料電池との間に配置され、空気を熱交換して予熱する熱交換器と、燃料電池から排出された排ガスを気化器に供給する第1排ガス供給部と、排ガスを熱交換器に供給する第2排ガス供給部とを備え、気化器は、排ガスの排熱により液体状態のアンモニアを気化させ、熱交換器は、排ガスの排熱により空気を熱交換して予熱することを特徴とする。 A fuel cell system according to an aspect of the present invention includes a reformer that generates fuel gas by introducing air to reform ammonia, and power generation using the fuel gas and air generated by the reformer. A fuel cell, an ammonia tank for storing ammonia in a liquid state, a pump for sending liquid ammonia stored in the ammonia tank toward the reformer, and the pump and the reformer, A vaporizer for vaporizing ammonia in a liquid state, an insufflator that sends air to the reformer and the fuel cell, and a heat exchanger that is arranged between the insufflator and the fuel cell to exchange heat and preheat the air And a first exhaust gas supply unit that supplies exhaust gas discharged from the fuel cell to the vaporizer, and a second exhaust gas supply unit that supplies exhaust gas to the heat exchanger, and the vaporizer is in a liquid state by exhaust heat of the exhaust gas. Vaporized ammonia The heat exchanger is characterized by preheating the air by heat exchange with the exhaust gas waste heat.
このように本発明の燃料電池システムにおいては、燃料電池から排出された排ガスが第1排ガス供給部により気化器に供給され、気化器において液体状態のアンモニアが排ガスの排熱により気化される。また、燃料電池から排出された排ガスが第2排ガス供給部により熱交換器に供給され、熱交換器において空気が排ガスの排熱により熱交換されて予熱される。このようにアンモニアの気化及び空気の熱交換に排ガスの排熱が有効利用される。これにより、燃料電池システムのシステム効率を向上させることができる。 As described above, in the fuel cell system of the present invention, the exhaust gas discharged from the fuel cell is supplied to the vaporizer by the first exhaust gas supply unit, and the liquid ammonia is vaporized by the exhaust heat of the exhaust gas in the vaporizer. Further, the exhaust gas discharged from the fuel cell is supplied to the heat exchanger by the second exhaust gas supply unit, and in the heat exchanger, air is heat-exchanged by the exhaust heat of the exhaust gas and preheated. Thus, the exhaust heat of exhaust gas is effectively used for the vaporization of ammonia and the heat exchange of air. Thereby, the system efficiency of a fuel cell system can be improved.
改質器の空燃比を制御する制御部を更に備え、制御部は、起動運転時における改質器の空燃比を通常運転時における改質器の空燃比よりも高くするように制御してもよい。このような構成では、起動運転時には、改質器に導入される空気量が通常運転時に比べて増加する。従って、改質器におけるアンモニアの分解温度が高くなるため、改質器で生成されて燃料電池に導入される燃料ガスの温度が高くなる。これにより、起動運転時に燃料電池を早期に暖気することができる。 The control unit further controls the air-fuel ratio of the reformer, and the control unit controls the air-fuel ratio of the reformer during start-up operation to be higher than the air-fuel ratio of the reformer during normal operation. Good. With such a configuration, the amount of air introduced into the reformer increases during start-up operation compared to during normal operation. Accordingly, since the decomposition temperature of ammonia in the reformer increases, the temperature of the fuel gas generated in the reformer and introduced into the fuel cell increases. Thereby, a fuel cell can be warmed up early at the time of start-up operation.
制御部は、起動運転時における改質器の空燃比を1.0以上とするように制御してもよい。この場合には、改質器におけるアンモニアの分解温度が十分に高くなる。その結果、起動運転時における燃料電池の早期暖気を確実に行うことができる。 The control unit may perform control so that the air-fuel ratio of the reformer during start-up operation is 1.0 or more. In this case, the decomposition temperature of ammonia in the reformer becomes sufficiently high. As a result, it is possible to reliably warm the fuel cell early during start-up operation.
送気器と改質器との間には、送気器から改質器へ供給される空気の流量を調整するバルブが配置されており、制御部は、バルブの開度を制御することにより改質器の空燃比を制御してもよい。このように空気の流量を調整するバルブを使用することにより、改質器の空燃比を容易に制御することができる。 A valve that adjusts the flow rate of the air supplied from the insufflator to the reformer is disposed between the insufflator and the reformer, and the control unit controls the opening degree of the valve. The air-fuel ratio of the reformer may be controlled. By using the valve for adjusting the air flow rate in this way, the air-fuel ratio of the reformer can be easily controlled.
燃料電池から排出された排ガスを燃焼する燃焼器を更に備え、第1排ガス供給部は、燃焼器により燃焼された排ガスを気化器に供給し、第2排ガス供給部は、燃焼器により燃焼された排ガスを熱交換器に供給してもよい。燃料電池から排出された排ガスが燃焼器により燃焼されると、排ガスの温度が高くなる。従って、排ガスの排熱を利用したアンモニアの気化及び空気の熱交換を効果的に行うことができる。 The apparatus further includes a combustor that combusts the exhaust gas discharged from the fuel cell, the first exhaust gas supply unit supplies the exhaust gas burned by the combustor to the vaporizer, and the second exhaust gas supply unit is combusted by the combustor. Exhaust gas may be supplied to the heat exchanger. When the exhaust gas discharged from the fuel cell is burned by the combustor, the temperature of the exhaust gas increases. Therefore, it is possible to effectively perform ammonia vaporization and air heat exchange using exhaust heat of exhaust gas.
本発明によれば、システム効率を向上させることができる燃料電池システムが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can improve system efficiency is provided.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、一実施形態に係る燃料電池システムを示すシステム構成図である。図1において、本実施形態の燃料電池システム1は、ATR(Auto Thermal Reforming)型の改質器2と、固体酸化物形の燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)3とを備えている。
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a fuel cell system according to an embodiment. In FIG. 1, a fuel cell system 1 of the present embodiment includes an ATR (Auto Thermal Reforming)
改質器2は、空気を導入してアンモニア(NH3)を改質することで、水素を含有する燃料ガスを生成する。改質器2は、NH3酸化部2aと、このNH3酸化部2aの下流側に配置されたNH3分解部2bとを有している。NH3酸化部2aは、アンモニアを酸化させることで、熱を発生させる。NH3分解部2bは、NH3酸化部2aで発生した熱によって、アンモニアを分解して水素を生成する。
The
なお、ここでは、改質器2がNH3酸化部2a及びNH3分解部2bを有しているが、NH3の酸化及び分解の両反応に活性な触媒を使用する場合には、NH3酸化部とNH3分解部とを分けずに、NH3の酸化及び分解の両機能を有する一体型の改質器2を使用してもよい。この場合には、一般的に酸化反応が分解反応よりも早く起きるため、上記の同様の反応が生じる。
Here, when the
燃料電池3は、燃料ガス供給管4を介して改質器2と接続されている。燃料電池3は、改質器2により生成された燃料ガスと空気とを用いて発電を行う。燃料電池3は、複数の単セルが積層されてなるスタック構造を有している。単セルは、アノード(燃料極)3aと、カソード(空気極)3bと、アノード3aとカソード3bとの間に配置された電解質(図示せず)とを有している。燃料ガス供給管4は、アノード3aと接続されている。アノード3aには、燃料ガスが導入される。カソード3bには、空気が導入される。電解質は、安定化ジルコニア等のセラミックからなっている。
The fuel cell 3 is connected to the
また、燃料電池システム1は、液体NH3タンク5と、ポンプ6と、気化器7と、空気ブロア8と、熱交換器9と、燃焼器10とを備えている。
The fuel cell system 1 includes a liquid NH 3 tank 5, a pump 6, a
液体NH3タンク5は、アンモニアを液体状態で貯蔵するアンモニアタンクである。液体NH3タンク5は、例えば常温(20℃〜25℃)且つ数気圧(8気圧〜10気圧)でアンモニアを貯蔵する。液体NH3タンク5はアンモニアを気体ではなく液体状態で貯蔵するので、アンモニアの貯蔵効率が良く、燃料電池システム1の稼働時間を長くすることができる。また、液体NH3タンク5へのアンモニアの補充を容易に行うことができる。
The liquid NH 3
ポンプ6は、アンモニア供給管11を介して改質器2と接続されている。ポンプ6は、液体NH3タンク5に貯蔵された液体状態のアンモニア(以下、液体アンモニア)を改質器2に向けて送り出す。
The pump 6 is connected to the
気化器7は、アンモニア供給管11に配設されている。つまり、気化器7は、ポンプ6と改質器2との間に配置されている。気化器7は、液体アンモニアを気化させる。
The
空気ブロア8は、空気供給管12,13を介して改質器2及び燃料電池3と接続されている。空気供給管13の一端部は、空気供給管12に分岐接続され、空気供給管13の他端部は、燃料電池3のカソード3bと接続されている。空気ブロア8は、空気を吹き出して改質器2及び燃料電池3に送る送気器である。
The air blower 8 is connected to the
空気供給管12には、バルブ14が配設されている。つまり、バルブ14は、空気ブロア8と改質器2との間に配置されている。バルブ14は、空気ブロア8から改質器2へ供給される空気の流量を調整する電磁式の流量調整弁である。
A
熱交換器9は、空気供給管13に配設されている。つまり、熱交換器9は、空気ブロア8と燃料電池3との間に配置されている。熱交換器9は、燃料電池3に送り込む空気を熱交換して予熱する。
The heat exchanger 9 is disposed in the
燃焼器10は、排気管15を介して燃料電池3のアノード3a及びカソード3bと接続されている。排気管15には、アノード3aから排出された未反応の燃料ガスとカソード3bから排出された未反応の空気との混合ガスが排ガス(オフガス)として流れる。燃焼器10は、排ガスを燃焼する。具体的には、燃焼器10は、排ガス中に残存する未燃分の燃料ガスを燃焼する。燃焼器10により排ガスが燃焼されると、排ガスの温度が上昇する。
The
また、燃料電池システム1は、燃焼器10により燃焼された排ガスを気化器7に供給する第1排ガス供給部を構成する排ガス供給管16と、燃焼器10により燃焼された排ガスを熱交換器9に供給する第2排ガス供給部を構成する排ガス供給管17とを備えている。
In addition, the fuel cell system 1 includes an exhaust
気化器7は、排ガス供給管16を流れる排ガスの排熱により液体アンモニアを気化させる。排ガス供給管16を流れる排ガスは、大気開放される。熱交換器9は、排ガス供給管17を流れる排ガスの排熱により空気を熱交換して予熱する。排ガス供給管17を流れる排ガスは、大気開放される。
The
さらに、燃料電池システム1は、起動運転時に改質器2を加熱する始動用の電気ヒータ18と、起動運転時に燃料電池3を加熱する始動用の電気ヒータ19と、燃料電池3の温度を検出する温度センサ20と、制御装置21(制御部)とを備えている。温度センサ20は、例えば燃料電池3における未反応の燃料ガスが排出される出口付近の温度を検出する。
Furthermore, the fuel cell system 1 detects the temperature of the fuel cell 3 and the
制御装置21は、燃料電池システム1の運転時にシステム全体を制御する。具体的には、制御装置21は、温度センサ20の検出値に基づいて、ポンプ6、空気ブロア8、バルブ14及び電気ヒータ18,19を制御する。
The
以上のような燃料電池システム1の通常運転時においては、液体NH3タンク5に貯蔵された液体アンモニアがポンプ6より吐出されると、液体アンモニアがアンモニア供給管11を通って気化器7に送られる。そして、気化器7において、排ガス供給管16を流れる排ガスの排熱により液体アンモニアが加熱されて気化される。気化されたアンモニアは、アンモニア供給管11を通って改質器2に供給される。一方、空気ブロア8によって空気が空気供給管12を通って改質器2に供給される。
During normal operation of the fuel cell system 1 as described above, when liquid ammonia stored in the liquid NH 3 tank 5 is discharged from the pump 6, the liquid ammonia is sent to the
アンモニア及び空気が改質器2に導入されると、改質器2のNH3酸化部2aにおいて、下記式のように一部のアンモニアと空気中の酸素とが化学反応し、そのアンモニアの酸化反応により熱が発生する(発熱反応)。
NH3 + 3/4O2 → 1/2N2 + 3/2H2O
When ammonia and air are introduced into the
NH 3 + 3 / 4O 2 → 1 / 2N 2 + 3 / 2H 2 O
そして、改質器2のNH3分解部2bにおいて、下記式のようにNH3酸化部2aで発生した熱により残りのアンモニアの分解反応が起こり(吸熱反応)、水素がリッチな状態の燃料ガスが生成される。燃料ガスは、燃料ガス供給管4を通って燃料電池3のアノード3aに供給される。なお、この時の燃料ガスの温度は、例えば600℃程度である。
NH3 → 3/2H2 + 1/2N2
Then, in the NH 3 decomposition section 2b of the
NH 3 → 3 / 2H 2 + 1 / 2N 2
また、空気ブロア8によって常温の空気が空気供給管12,13を通って熱交換器9に送られる。そして、熱交換器9において、排ガス供給管17を流れる排ガスの排熱により常温の空気が熱交換されて予熱される。予熱された空気は、空気供給管13を通って燃料電池3のカソード3bに供給される。なお、この時の空気の温度は、例えば燃料ガスの温度と同程度である。
Also, air at room temperature is sent to the heat exchanger 9 through the
燃料ガス及び空気が燃料電池3に導入されると、燃料電池3において、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とが化学反応して水が生成されると共に、直流電力が発生する。燃料電池3で発生した直流電力は、インバータ22により交流電力に変換される。そして、交流電力は、電力負荷23に供給される。
When the fuel gas and air are introduced into the fuel cell 3, in the fuel cell 3, hydrogen in the fuel gas and oxygen in the air chemically react to generate water, and DC power is generated. The DC power generated in the fuel cell 3 is converted into AC power by the
また、燃料電池3から排ガス(オフガス)が排出される。この時の排ガスの温度は、例えば700℃〜800℃程度である。排ガスは、排気管15を通って燃焼器10に供給され、燃焼器10により燃焼される。燃焼後の排ガスの温度は、例えば1000℃〜1100℃程度である。
Further, exhaust gas (off-gas) is discharged from the fuel cell 3. The temperature of the exhaust gas at this time is, for example, about 700 ° C to 800 ° C. The exhaust gas is supplied to the
燃焼器10で燃焼された排ガスは、排ガス供給管16を通って気化器7に供給される。そして、その排ガスの排熱が、気化器7による液体アンモニアの気化に利用される。また、燃焼器10で燃焼された排ガスは、排ガス供給管17を通って熱交換器9に供給される。そして、その排ガスの排熱が、熱交換器9による空気の熱交換に利用される。
The exhaust gas combusted in the
図2は、燃料電池システム1の起動運転時に、制御装置21により実行される制御処理の手順を示すフローチャートである。燃料電池システム1の電源スイッチ(図示せず)がONになると、本処理の実行が開始される。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of control processing executed by the
なお、本処理の実行が開始されるときの初期状態では、バルブ14の開度は、通常運転時における改質器2の空燃比(A/F)を確保するような開度となっている。改質器2の空燃比とは、改質器2に存在する空気量と燃料ガス量との比である。通常運転時における改質器2の空燃比は、例えば0.75(燃料ガス量100%に対して空気量75%)である。
In the initial state when the execution of this process is started, the opening degree of the
ここで、通常運転とは、燃料電池3の温度が動作温度(例えば700℃程度)に達したときに実施される運転である。起動運転とは、燃料電池3の温度が動作温度に達する前に実施される運転である。 Here, the normal operation is an operation performed when the temperature of the fuel cell 3 reaches an operating temperature (for example, about 700 ° C.). The start-up operation is an operation that is performed before the temperature of the fuel cell 3 reaches the operating temperature.
図2において、まず制御装置21は、始動用の電気ヒータ18,19をONにするように制御する(手順S101)。すると、改質器2の温度が上昇すると共に、燃料電池3の温度が上昇する。
In FIG. 2, the
続いて、制御装置21は、ポンプ6により少量の液体アンモニアを改質器2に向けて送り出すようにポンプ6を制御する(手順S102)。ポンプ6から少量の液体アンモニアを吐出したときは、液体アンモニアの供給圧力が例えば常圧(大気圧)まで下がる。このため、液体アンモニアが常温状態にあっても、液体アンモニアが気化器7により気化される。そして、気化されたアンモニアが改質器2に供給される。
Subsequently, the
続いて、制御装置21は、空気ブロア8により空気を吹き出すように空気ブロア8を制御する(手順S103)。すると、改質器2及び燃料電池3に空気が供給される。
Subsequently, the
続いて、制御装置21は、バルブ14の開度を通常運転時よりも大きくするように制御することにより、改質器2の空燃比を通常運転時よりも高くするように制御する(手順S104)。具体的には、制御装置21は、例えば改質器2の空燃比を1.0以上(A/F≧1.0)とするように制御する。このように改質器2の空燃比を高くすることにより、改質器2に供給される空気量が通常運転時よりも多くなる。
Subsequently, the
改質器2にアンモニア及び空気が供給されると、改質器2により燃料ガスが生成される。その後、燃料電池3に燃料ガス及び空気が供給されると、燃料電池3により発電が行われる。そして、燃料電池3から排出された排ガスが燃焼器10により燃焼され、燃焼後の排ガスが気化器7及び熱交換器9に供給される。これにより、空気ブロア8により送気された常温の空気は、熱交換器9において排ガスの排熱により予熱される。
When ammonia and air are supplied to the
続いて、制御装置21は、温度センサ20の検出値を取得する(手順S105)。そして、制御装置21は、燃料電池3の温度が動作温度に達したかどうかを判断する(手順S106)。燃料電池3の温度が動作温度に達していないときは、手順S105が繰り返し実行される。
Subsequently, the
燃料電池3の温度が動作温度に達したときは、制御装置21は、始動用の電気ヒータ18,19をOFFにするように制御する(手順S107)。
When the temperature of the fuel cell 3 reaches the operating temperature, the
続いて、制御装置21は、ポンプ6により一定量の液体アンモニアを改質器2に向けて送り出すようにポンプ6を制御する(手順S108)。この時に送り出される液体アンモニアの量は、上記の手順S102の実行時に比べて十分多い。一定量の液体アンモニアは、気化器7において排ガスの排熱により気化される。
Subsequently, the
続いて、制御装置21は、バルブ14の開度を初期状態(通常運転時)における開度に戻すように制御することにより、改質器2の空燃比を初期状態における空燃比に戻すように制御する(手順S109)。以上により、上述した燃料電池システム1の通常運転が実施されることとなる。
Subsequently, the
以上のように本実施形態においては、燃料電池3から排出された排ガスが、排ガス供給管16を通って気化器7に供給される。そして、ポンプ6により送り出された液体アンモニアが、気化器7において排ガスの排熱により気化される。また、燃料電池3から排出された排ガスが、排ガス供給管17を通って熱交換器9に供給される。そして、空気ブロア8により送られた空気が、熱交換器9において排ガスの排熱により熱交換されて予熱される。このように液体アンモニアの気化及び空気の熱交換に排ガスの排熱が有効利用される。従って、液体アンモニアを気化させるための電気ヒータ、空気を熱交換するための電気ヒータ、及びこれらの電気ヒータにそれぞれ電力を供給する電源が不要となる。これにより、燃料電池システム1のシステム効率を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, the exhaust gas discharged from the fuel cell 3 is supplied to the
また、熱交換器9は排ガスの排熱を利用して空気を予熱するので、燃料電池3のアノード3aに導入される燃料ガスと燃料電池3のカソード3bに導入される空気との温度差が小さくなる。従って、アノード3aとカソード3bとの温度差が小さくなるため、アノード3aとカソード3bとの間に配置された電解質(図示せず)に熱の応力分布が発生しにくくなる。その結果、燃料電池3の性能及び信頼性を高くすることができる。
Further, since the heat exchanger 9 preheats the air using the exhaust heat of the exhaust gas, there is a temperature difference between the fuel gas introduced into the
また、制御装置21は、起動運転時における改質器2の空燃比を通常運転時における改質器2の空燃比よりも高くするように制御する。このため、起動運転時には、通常運転時に比べて改質器2に導入される空気量が増加する。従って、改質器2におけるアンモニアの分解温度が高くなるため、改質器2で生成されて燃料電池3に導入される燃料ガスの温度が高くなる。これにより、起動運転時に燃料電池3を早期に暖気することができる。
Further, the
このとき、制御装置21は改質器2の空燃比を1.0以上とするように制御することにより、改質器2におけるアンモニアの分解温度が十分に高くなる。従って、起動運転時における燃料電池3の早期暖気を確実に行うことができる。
At this time, the
また、制御装置21は、空気ブロア8から改質器2へ供給される空気の流量を調整するバルブ14の開度を制御する。これにより、改質器2の空燃比を容易に制御することができる。
Further, the
さらに、気化器7及び熱交換器9には、燃焼器10により燃焼された後の排ガスが供給される。燃料電池3から排出された排ガスが燃焼器10により燃焼されると、排ガスの温度が高くなる。従って、排ガスの排熱を利用した液体アンモニアの気化及び空気の熱交換を効果的に行うことができる。
Further, the exhaust gas after being combusted by the
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、制御装置21は、空気ブロア8から改質器2へ供給される空気の流量を調整するバルブ14の開度を制御することにより、改質器2の空燃比を制御しているが、特にその形態には限られない。例えば、燃料電池システム1は、単位時間当たりの空気の吹き出し量が異なる2つの空気ブロアを備えてもよい。そのような構成では、制御装置21は、起動運転時には空気の吹き出し量が多い空気ブロアを作動させ、通常運転時には空気の吹き出し量が少ない空気ブロアを作動させることにより、起動運転時及び通常運転時における改質器2の空燃比を制御する。この場合には、バルブ14が不要となる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、制御装置21は、改質器2へ供給される空気の流量を制御することにより、改質器2の空燃比を制御しているが、特にその形態には限られず、改質器2へ供給されるアンモニアの流量を制御することにより、改質器2の空燃比を制御してもよい。この場合には、改質器2へ供給されるアンモニアの流量を調整するバルブがアンモニア供給管11に配設される。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態では、制御装置21は、起動運転時における改質器2の空燃比を通常運転時における改質器2の空燃比よりも高くするように制御しているが、特にその形態には限られず、燃料電池3の早期暖気が要求されない場合には、起動運転時における改質器2の空燃比を通常運転時における改質器2の空燃比と等しくてもよい。この場合には、制御装置21により実行される制御処理を簡素化することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the
さらに、上記実施形態では、燃料電池システム1は、燃料電池3から排出された排ガスを燃焼する燃焼器10を備えているが、燃料電池3から排出された直後の排ガスの排熱をそのまま液体アンモニアの気化及び空気の熱交換に利用することが可能であれば、燃焼器10は特に無くてもよい。この場合には、燃料電池システム1の構成を簡単化することができる。
Furthermore, in the above embodiment, the fuel cell system 1 includes the
また、上記実施形態では、制御装置21は、燃料電池3の温度を検出する温度センサ20の検出値に基づいて、起動運転から通常運転に切り替えるかどうかを判断しているが、特にその形態には限られない。例えば、燃料電池3の温度が高くなるに従って、燃料電池3の発電量が増加する。従って、燃料電池システム1は、温度センサ20に代えて、燃料電池3の発電量を検出するセンサを備えてもよい。そのような構成では、制御装置21は、燃料電池3の発電量に基づいて、起動運転から通常運転に切り替えるかどうかを判断する。
Moreover, in the said embodiment, although the
1…燃料電池システム、2…改質器、3…燃料電池、5…液体NH3タンク(アンモニアタンク)、6…ポンプ、7…気化器、8…空気ブロア(送気器)、9…熱交換器、10…燃焼器、16…排ガス供給管(第1排ガス供給部)、17…排ガス供給管(第2排ガス供給部)、21…制御装置(制御部)。 1 ... fuel cell system, 2 ... reformer, 3 ... fuel cell, 5 ... liquid NH 3 tank (ammonia tank), 6 ... pump, 7 ... vaporizer, 8 ... air blower (air supply unit), 9 ... heat Exchanger, 10 ... combustor, 16 ... exhaust gas supply pipe (first exhaust gas supply part), 17 ... exhaust gas supply pipe (second exhaust gas supply part), 21 ... control device (control part).
Claims (5)
前記改質器により生成された前記燃料ガスと空気とを用いて発電を行う燃料電池と、
前記アンモニアを液体状態で貯蔵するアンモニアタンクと、
前記アンモニアタンクに貯蔵された前記液体状態のアンモニアを前記改質器に向けて送り出すポンプと、
前記ポンプと前記改質器との間に配置され、前記液体状態のアンモニアを気化させる気化器と、
前記改質器及び前記燃料電池に前記空気を送る送気器と、
前記送気器と前記燃料電池との間に配置され、前記空気を熱交換して予熱する熱交換器と、
前記燃料電池から排出された排ガスを前記気化器に供給する第1排ガス供給部と、
前記排ガスを前記熱交換器に供給する第2排ガス供給部とを備え、
前記気化器は、前記排ガスの排熱により前記液体状態のアンモニアを気化させ、
前記熱交換器は、前記排ガスの排熱により前記空気を熱交換して予熱することを特徴とする燃料電池システム。 A reformer that generates fuel gas by introducing air to reform ammonia; and
A fuel cell that generates power using the fuel gas and air generated by the reformer;
An ammonia tank for storing the ammonia in a liquid state;
A pump for feeding the liquid ammonia stored in the ammonia tank toward the reformer;
A vaporizer disposed between the pump and the reformer to vaporize the liquid ammonia;
An insufflator for sending the air to the reformer and the fuel cell;
A heat exchanger disposed between the air supply device and the fuel cell, for exchanging heat of the air and preheating;
A first exhaust gas supply unit configured to supply exhaust gas discharged from the fuel cell to the vaporizer;
A second exhaust gas supply unit for supplying the exhaust gas to the heat exchanger,
The vaporizer vaporizes the liquid ammonia by exhaust heat of the exhaust gas,
The fuel cell system, wherein the heat exchanger preheats the air by exchanging heat with the exhaust heat of the exhaust gas.
前記制御部は、起動運転時における前記改質器の空燃比を通常運転時における前記改質器の空燃比よりも高くするように制御することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 A control unit for controlling the air-fuel ratio of the reformer;
The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit controls the air-fuel ratio of the reformer during start-up operation to be higher than the air-fuel ratio of the reformer during normal operation.
前記制御部は、前記バルブの開度を制御することにより前記改質器の空燃比を制御することを特徴とする請求項2または3記載の燃料電池システム。 Between the insufflator and the reformer, a valve for adjusting the flow rate of the air supplied from the insufflator to the reformer is disposed,
4. The fuel cell system according to claim 2, wherein the control unit controls an air-fuel ratio of the reformer by controlling an opening degree of the valve.
前記第1排ガス供給部は、前記燃焼器により燃焼された前記排ガスを前記気化器に供給し、
前記第2排ガス供給部は、前記燃焼器により燃焼された前記排ガスを前記熱交換器に供給することを特徴とする請求項1〜4の何れか一項記載の燃料電池システム。 Further comprising a combustor for combusting the exhaust gas discharged from the fuel cell;
The first exhaust gas supply unit supplies the exhaust gas burned by the combustor to the vaporizer,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the second exhaust gas supply unit supplies the exhaust gas burned by the combustor to the heat exchanger.
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- 2015-01-19 JP JP2015007971A patent/JP2016134278A/en active Pending
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