JP2016207500A - Fuel battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、燃料電池システムに関する。 The present disclosure relates to a fuel cell system.
一般的に、炭化水素燃料を、例えば、水蒸気改質または酸化的水蒸気改質することで燃料電池システムの燃料である水素含有ガスが生成されている。このような燃料電池システムは、燃焼器および蒸発器を備え、燃焼器の燃焼排ガスの熱により蒸発器を加熱することで、改質反応用の水蒸気が生成される。このため、燃料電池システムの発電出力が変化する際には、燃料電池から取り出す電流とともに、炭化水素燃料の流量および、蒸発器へ送る水の流量が増減する。 In general, a hydrogen-containing gas that is a fuel of a fuel cell system is generated by subjecting a hydrocarbon fuel to, for example, steam reforming or oxidative steam reforming. Such a fuel cell system includes a combustor and an evaporator, and steam for reforming reaction is generated by heating the evaporator with the heat of combustion exhaust gas of the combustor. For this reason, when the power generation output of the fuel cell system changes, the flow rate of hydrocarbon fuel and the flow rate of water sent to the evaporator increase and decrease together with the current taken out from the fuel cell.
ここで、燃料電池システムの発電出力が上昇する場合、蒸発器へ供給される水の流量が増加する。すると、蒸発器の水面が上昇することで、水の蒸発振動が起こるという問題がすでに知られている(例えば、特許文献1参照)。なお、水の蒸発振動が起こると、燃料電池システムのガス系統の流量制御に支障が生じる可能性、改質器の改質反応に必要な水量を賄えない可能性がある。 Here, when the power generation output of the fuel cell system increases, the flow rate of water supplied to the evaporator increases. Then, the problem that the evaporation vibration of water occurs when the water surface of an evaporator rises is already known (for example, refer patent document 1). In addition, when the water oscillation occurs, there is a possibility that the flow control of the gas system of the fuel cell system may be hindered, and the amount of water necessary for the reforming reaction of the reformer may not be covered.
かかる問題に対して、特許文献1では、改質器に供給される原燃料の量と改質器に供給される水蒸気の量との比率を変化させることによって、蒸発器の水面の位置を一定にすることが提案されている。
With respect to such a problem, in
しかし、従来例は、改質器に供給される原燃料の量と改質器に供給される水蒸気の量との比率が変化する場合の問題については十分に検討されていない。 However, in the conventional example, the problem in the case where the ratio of the amount of raw fuel supplied to the reformer and the amount of water vapor supplied to the reformer changes is not sufficiently studied.
本開示の一態様(aspect)は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも改質器で炭素が析出する可能性を低減し得るとともに、蒸発器の水面変化による水の蒸発振動の発生を抑制し得る燃料電池システムを提供する。 One aspect of the present disclosure has been made in view of such circumstances, and can reduce the possibility of carbon deposition in a reformer as compared with the prior art. A fuel cell system capable of suppressing the occurrence of evaporation vibration is provided.
上記課題を解決するため、本開示の一態様の燃料電池システムは、燃料および水蒸気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と、前記改質器に供給する水蒸気を生成するための水が蒸発する蒸発器と、前記蒸発器の水位を検知する水位検知器と、カソードとアノードとを備え、前記カソードに供給される酸化剤ガスと前記改質器から前記アノードに供給される水素含有ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記アノードから排出されるアノードオフガスが燃焼することで燃焼排ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼排ガスの熱によって前記蒸発器を加熱する加熱部と、前記蒸発器への加熱量を調整する加熱量調整器と、前記蒸発器への加熱量が変化することで前記蒸発器の水位が予め設定された位置になるまで前記加熱量調整器を制御する制御器と、を備える。 In order to solve the above problems, a fuel cell system according to one embodiment of the present disclosure generates a reformer that generates hydrogen-containing gas by a reforming reaction using fuel and steam, and steam that is supplied to the reformer. An evaporator for evaporating water, a water level detector for detecting the water level of the evaporator, a cathode and an anode, and an oxidant gas supplied to the cathode and supplied from the reformer to the anode A fuel cell that generates electric power using the hydrogen-containing gas, a combustor that generates combustion exhaust gas by burning the anode off-gas discharged from the anode, and a heating unit that heats the evaporator by heat of the combustion exhaust gas A heating amount adjuster that adjusts the heating amount to the evaporator, and the heating amount adjuster until the water level of the evaporator reaches a preset position by changing the heating amount to the evaporator And a control unit for controlling.
本開示の一態様の燃料電池システムによれば、従来よりも改質器で炭素が析出する可能性を低減し得るとともに、蒸発器の水面変化による水の蒸発振動の発生を抑制し得る。 According to the fuel cell system of one aspect of the present disclosure, it is possible to reduce the possibility that carbon is deposited in the reformer as compared with the conventional case, and it is possible to suppress the occurrence of water evaporation vibration due to the water level change of the evaporator.
発明者らは、改質器に供給される原燃料の量と改質器に供給される水蒸気の量との比率が変化する場合の問題について鋭意検討し、以下の知見を得た。 The inventors diligently studied the problem in the case where the ratio of the amount of raw fuel supplied to the reformer and the amount of steam supplied to the reformer changes, and obtained the following knowledge.
特許文献1では、蒸発器内の水面位置が予め設定された範囲よりも上がった場合に、改質器のS/Cの設定値を小さくすることで、蒸発器の水面位置が下がるように水供給量を設定することが記載されている(特許文献1の段落0042など)。これにより、蒸発器の水面位置を予め設定された範囲内に制御できるとされている。
In
しかし、改質器のS/Cの設定値を小さくすることは、改質器で炭素が析出する可能性が高くなる。 However, reducing the set value of the S / C of the reformer increases the possibility that carbon will precipitate in the reformer.
そこで、本開示の第1の態様の燃料電池システムは、燃料および水蒸気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と、改質器に供給する水蒸気を生成するための水が蒸発する蒸発器と、蒸発器の水位を検知する水位検知器と、カソードとアノードとを備え、カソードに供給される酸化剤ガスと改質器からアノードに供給される水素含有ガスとを用いて発電する燃料電池と、アノードから排出されるアノードオフガスが燃焼することで燃焼排ガスを生成する燃焼器と、燃焼排ガスの熱によって蒸発器を加熱する加熱部と、蒸発器への加熱量を調整する加熱量調整器と、蒸発器への加熱量が変化することで蒸発器の水位が予め設定された位置になるまで加熱量調整器を制御する制御器と、を備える。 Therefore, the fuel cell system according to the first aspect of the present disclosure includes a reformer that generates hydrogen-containing gas by a reforming reaction using fuel and steam, and water for generating steam to be supplied to the reformer. An evaporator that evaporates, a water level detector that detects the water level of the evaporator, a cathode and an anode, and an oxidant gas supplied to the cathode and a hydrogen-containing gas supplied to the anode from the reformer A fuel cell for generating electricity, a combustor that generates combustion exhaust gas by combustion of anode off-gas discharged from the anode, a heating unit that heats the evaporator with the heat of the combustion exhaust gas, and a heating amount to the evaporator are adjusted A heating amount adjuster, and a controller that controls the heating amount adjuster until the water level of the evaporator reaches a preset position by changing the amount of heating to the evaporator.
かかる構成によると、従来よりも改質器で炭素が析出する可能性を低減し得るとともに、蒸発器の水面変化による水の蒸発振動の発生を抑制し得る。例えば、燃料電池システムの発電出力を増加させる場合、加熱量調整器によって蒸発器への加熱量を増加させ得る。これにより、蒸発器の水面の上昇速度を緩やかにすることで、蒸発器の水面の上方近傍の壁面を、蒸発器の水溜りの水と壁面との間の熱伝導によって適時に適温に冷却できる。このため、蒸発器の水面が上昇しても、蒸発器の壁面の温度と本壁面に接触する水の温度との温度差を低減できるので、蒸発器で突沸が発生する可能性を低減できる。よって、蒸発器の水面変化による水の蒸発振動の発生を抑制し得る。 According to such a configuration, it is possible to reduce the possibility of carbon deposition in the reformer as compared with the conventional case, and it is possible to suppress the occurrence of water evaporation vibration due to the change in the water level of the evaporator. For example, when the power generation output of the fuel cell system is increased, the heating amount to the evaporator can be increased by the heating amount regulator. As a result, by slowing the rising speed of the water surface of the evaporator, the wall surface near the upper surface of the evaporator can be cooled to a suitable temperature in a timely manner by heat conduction between the water in the water pool of the evaporator and the wall surface. . For this reason, even if the water level of the evaporator rises, the temperature difference between the temperature of the wall surface of the evaporator and the temperature of water in contact with the main wall surface can be reduced, so that the possibility of bumping in the evaporator can be reduced. Therefore, generation | occurrence | production of the water evaporation vibration by the water surface change of an evaporator can be suppressed.
また、本開示の第2の態様の燃料電池システムは、第1の態様の燃料電池システムにおいて、加熱量調整器として、蒸発器を加熱するヒータを備え、制御器は、ヒータへの通電量を変化させることで蒸発器の水位が予め設定された位置になるまでヒータを制御する。 The fuel cell system according to the second aspect of the present disclosure is the fuel cell system according to the first aspect. The fuel cell system according to the first aspect includes a heater that heats the evaporator as a heating amount adjuster, and the controller controls an energization amount to the heater. By changing, the heater is controlled until the water level of the evaporator reaches a preset position.
かかる構成によると、例えば、燃料電池システムの発電出力を増加させる場合、ヒータによって蒸発器への加熱量が増加することで、蒸発器の水面を緩やかに上昇させ得るので、蒸発器で突沸が発生する可能性を低減できる。よって、蒸発器の水面変化による水の蒸発振動の発生を抑制し得る。また、ヒータにより蒸発器への加熱量が制御されるので、改質器のS/Cの設定値を小さくする必要がない。よって、従来よりも改質器で炭素が析出する可能性を低減し得る。 According to such a configuration, for example, when the power generation output of the fuel cell system is increased, the amount of heat to the evaporator is increased by the heater, so that the water level of the evaporator can be gradually raised, and bumping occurs in the evaporator. The possibility of doing so can be reduced. Therefore, generation | occurrence | production of the water evaporation vibration by the water surface change of an evaporator can be suppressed. Further, since the heating amount to the evaporator is controlled by the heater, it is not necessary to reduce the set value of the reformer S / C. Therefore, the possibility that carbon is deposited in the reformer can be reduced as compared with the conventional case.
また、本開示の第3の態様の燃料電池システムは、第1の態様または第2の態様の燃料電池システムにおいて、加熱量調整器として、改質器に前記燃料を供給する燃料供給器と、蒸発器に前記水を供給する水供給器とを備え、制御器は、燃料の流量と水の流量との比率を一定に保った状態で、燃料電池の燃料利用率を変化させることで蒸発器の水位が予め設定された位置になるまで燃料供給器および水供給器を制御する。 Further, the fuel cell system according to the third aspect of the present disclosure is the fuel cell system according to the first aspect or the second aspect, wherein the fuel supply system supplies the fuel to the reformer as a heating amount adjuster. A water supply unit that supplies the water to the evaporator, and the controller changes the fuel utilization rate of the fuel cell while maintaining a constant ratio between the flow rate of the fuel and the flow rate of the water. The fuel supply device and the water supply device are controlled until the water level reaches a preset position.
かかる構成によると、例えば、燃料電池システムの発電出力を増加させる場合、燃料利用率が変化することで蒸発器の水面を緩やかに上昇させ得るので、蒸発器で突沸が発生する可能性を低減できる。よって、蒸発器の水面変化による水の蒸発振動の発生を抑制し得る。また、燃料の流量と水の流量との比率を一定に保った状態で、燃料電池の燃料利用率を変化させるので、従来よりも改質器で炭素が析出する可能性を低減し得る。 According to such a configuration, for example, when the power generation output of the fuel cell system is increased, the water surface of the evaporator can be gradually increased by changing the fuel utilization rate, so that the possibility of bumping in the evaporator can be reduced. . Therefore, generation | occurrence | production of the water evaporation vibration by the water surface change of an evaporator can be suppressed. Further, since the fuel utilization rate of the fuel cell is changed in a state where the ratio between the flow rate of the fuel and the flow rate of water is kept constant, the possibility of carbon deposition in the reformer can be reduced as compared with the conventional case.
また、本開示の第4の態様の燃料電池システムは、第1の態様、第2の態様および第3の態様のいずれかの燃料電池システムにおいて、加熱量調整器として、燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器を備え、制御器は、燃料電池の酸化剤ガス利用率を変化させることで蒸発器の水位が予め設定された位置になるまで酸化剤ガス供給器を制御する。 A fuel cell system according to a fourth aspect of the present disclosure is the fuel cell system according to any one of the first aspect, the second aspect, and the third aspect. An oxidant gas supply device that supplies oxidant gas is provided, and the controller controls the oxidant gas supply device until the water level of the evaporator reaches a preset position by changing the oxidant gas utilization rate of the fuel cell. To do.
かかる構成によると、例えば、燃料電池システムの発電出力を増加させる場合、酸化剤ガス利用率が変化することで蒸発器の水面を緩やかに上昇させ得るので、蒸発器で突沸が発生する可能性を低減できる。よって、蒸発器の水面変化による水の蒸発振動の発生を抑制し得る。また、改質器のS/Cに影響を与えない燃料電池の酸化剤ガス利用率を変化させるので、従来よりも改質器で炭素が析出する可能性を低減し得る。 According to such a configuration, for example, when the power generation output of the fuel cell system is increased, the water level of the evaporator can be gradually increased by changing the oxidant gas utilization rate. Can be reduced. Therefore, generation | occurrence | production of the water evaporation vibration by the water surface change of an evaporator can be suppressed. Moreover, since the oxidant gas utilization factor of the fuel cell that does not affect the S / C of the reformer is changed, the possibility that carbon is deposited in the reformer can be reduced as compared with the conventional case.
また、本開示の第5の態様の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の態様のいずれかの燃料電池システムにおいて、制御器は、燃料電池システムへの発電出力変動指令を取得するとともに、発電出力変動指令に基づいて、蒸発器の水位が予め設定された位置になるまで加熱量調整器を制御する。 The fuel cell system according to the fifth aspect of the present disclosure is the fuel cell system according to any one of the first aspect, the second aspect, the third aspect, and the fourth aspect, wherein the controller is a fuel cell system. The heating amount adjuster is controlled until the water level of the evaporator reaches a preset position based on the power generation output fluctuation command.
かかる構成によると、燃料電池システムの発電出力変動指令に基づいて、加熱量調整器によって蒸発器への加熱量を適切に制御し得る。 According to this configuration, the heating amount to the evaporator can be appropriately controlled by the heating amount adjuster based on the power generation output fluctuation command of the fuel cell system.
以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態について説明する。以下の実施形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態の順序などは、一例であり、本開示の上記態様を限定するものではない。また、実施形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比などについては正確な表示ではない場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. Each of the following embodiments shows a specific example of the present disclosure. Numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions of constituent elements, order of connection forms, and the like shown in the embodiments are merely examples, and do not limit the above-described aspect of the present disclosure. In addition, among the constituent elements in the embodiment, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present disclosure are described as arbitrary constituent elements. In the drawings, the same reference numerals are sometimes omitted. In addition, the drawings schematically show each component for easy understanding, and there are cases where the shape and dimensional ratio are not accurately displayed.
(第1実施形態)
[装置構成]
図1は、第1実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
(First embodiment)
[Device configuration]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of the fuel cell system according to the first embodiment.
第1実施形態の燃料電池システム100は、蒸発器4と、水位検知器50と、改質器5と、燃料電池6と、燃焼器7と、加熱部8と、加熱量調整器9と、制御器11と、を備える。
The
改質器5は、燃料および水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する。改質反応は、いずれの形態であってもよい。改質反応として、例えば、水蒸気改質反応、酸化的水蒸気改質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、改質反応が酸化的水蒸気改質反応であれば、改質器5に空気を供給する空気供給器などが設けられる。
The
改質器5の内部に、改質触媒が設けられている。改質触媒によって、上記の改質反応が進行し、燃料および水蒸気から水素含有ガスを生成できる。改質触媒には、一般的に、Pt、Ru、Rhなどの貴金属系触媒およびNiからなる群の中から選択される少なくとも1種を用いるとよい。本実施形態では、Ruを含む改質触媒を用いている。
A reforming catalyst is provided inside the
また、燃料として、メタンを主成分とする都市ガス及び天然ガス、並びに、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ガスを用いることができる。また、燃料として、灯油、およびメタノール、エタノールなどのアルコールを用いることもできる。なお、都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭などに供給されるガスをいう。 Further, as the fuel, city gas and natural gas mainly composed of methane, and gas containing an organic compound composed of at least carbon and hydrogen such as LPG can be used. Further, kerosene and alcohols such as methanol and ethanol can be used as fuel. City gas refers to gas supplied from a gas company to each household through piping.
蒸発器4は、改質器5に供給する水蒸気を生成するための水が蒸発する。具体的には、蒸発器4において、水供給器により供給経路から供給された水が蒸発し、水蒸気が改質器5へ供給される。蒸発器4の具体的な構成については実施例で説明する。
In the
水位検知器50は、蒸発器4の水位を検知する。水位検知器50は、蒸発器4の水位を検知あるいは推定できれば、どのような構成であっても構わない。水位検知器50の具体的な構成についても実施例で説明する。
The water level detector 50 detects the water level of the
燃料電池6は、カソードとアノードとを備え、カソードに供給される酸化剤ガスと改質器5からアノードに供給される水素含有ガスとを用いて発電する。燃料電池6は、いずれの種類の燃料電池であってもよい。燃料電池6として、固体高分子型燃料電池(PEFC)、固体酸化物形燃料電池、燐酸形燃料電池などを例示できる。なお、燃料電池6が、固体酸化物形燃料電池の場合は、改質器5と燃料電池6とが1つの容器内に内蔵されるように構成してもよい。また、酸化剤ガスとして、例えば、空気、酸素ガスなどを例示できる。
The
燃料電池6は、複数のセルが積層したセルスタックを備えていてもよい。セルには、例えば、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を電解質などに用いた公知の構成を採用し得る。セルの材料としては、イットリビウムまたは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を用いることもできる。イットリア安定化ジルコニアを用いたセルでは、電解質の厚みにも依存するが、例えば、600℃から1000℃程度の温度範囲で発電反応が行われる。
The
セルスタックは、例えば、平板型セルおよびインターコネクタなどの部材を積層した平板型スタックであってもいいし、円筒型セルおよびインターコネクタなどの部材をバンドル(束にして固定)した円筒型スタックであってもいい。 The cell stack may be, for example, a flat plate stack in which members such as flat cells and interconnectors are stacked, or a cylindrical stack in which members such as cylindrical cells and interconnectors are bundled (fixed in a bundle). It's okay.
燃料電池6の発電により得られた電力は、セルスタックに設けられた2つの端子を介して外部負荷へ供給される。この端子と外部負荷との間に、DC/DCコンバータ、DC/ACインバータを設けてもよい。
The electric power obtained by the power generation of the
本実施形態では、燃料電池6として、固体酸化物型燃料電池を用いている。この場合、燃料電池6において、アノードに供給される水素含有ガス中の水素とカソードに供給される酸化剤ガス(空気)中の酸素で、下記の電気化学反応により、電力が生成される。
In the present embodiment, a solid oxide fuel cell is used as the
H2+1/2O2→H2O
CO+1/2O2→CO2
なお、固体酸化物形燃料電池では、カソードからアノードへ酸素イオンが電解質を通って移動して、上記反応がアノードにて行われる。これらの反応で発生したH2O、CO2、および上記反応で消費されなかった水素含有ガスは、アノードオフガスとして燃料電池6のアノードから排出される。そして、アノードオフガスは燃焼器7へ供給される。
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O
CO + 1 / 2O 2 → CO 2
In the solid oxide fuel cell, oxygen ions move from the cathode to the anode through the electrolyte, and the above reaction is performed at the anode. H 2 O, CO 2 generated by these reactions, and the hydrogen-containing gas that has not been consumed by the above reactions are discharged from the anode of the
燃焼器7は、燃料電池6のアノードから排出されるアノードオフガスが燃焼することで燃焼排ガスを生成する。本実施形態では、この燃焼に用いられる酸化剤ガスとして、燃料電池6のカソードから排出されるカソードオフガスを用いている。燃焼器7から排出される燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路を通じて、加熱部8へと供給される。
The
加熱部8は、燃焼排ガスの熱によって蒸発器4を加熱する。加熱部8は、燃焼排ガスの熱によって蒸発器4を加熱できれば、どのような構成であっても構わない。加熱部8の具体的な構成についても実施例で説明する。
The heating unit 8 heats the
なお、燃焼器7から排出される燃焼排ガスで、改質器5を加熱しても構わない。燃焼排ガスは、改質器5を加熱した後に、蒸発器4の加熱部8を通過してもいいし、加熱部8を通過した後、改質器5を加熱してもいい。
Note that the
加熱量調整器9は、蒸発器4への加熱量を調整する。加熱量調整器9は、蒸発器4への加熱量を調整できれば、どのような構成であっても構わない。加熱量調整器9の具体例については、実施例、第2実施形態及び第3実施形態で説明する。
The
制御器11は、蒸発器4への加熱量が変化することで蒸発器4の水位が予め設定された位置になるまで加熱量調整器9を制御する。なお、本明細書において、蒸発器4の水位における予め設定された位置とは、燃料電池システム100の発電安定状態において、蒸発器4への水供給量と蒸発器4での水蒸発量とがほぼ一致する蒸発器4の水面高さであってもいいし、このような水面高さを基準とする所望の範囲であってもいい。
The
制御器11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よい。制御器11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)とを備えてもよい。演算処理部として、例えば、一つまたは複数の演算回路(図示せず)などを例示できる。演算回路としては、例えば、MPU(マイクロプロセッサ)、CPUなどを例示できる。記憶部として、例えば、一つまたは複数の記憶回路(図示せず)などを例示できる。記憶回路としては、例えば、半導体メモリーなどを例示できる。制御器11は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもいいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもいい。
The
以上により、従来よりも改質器5で炭素が析出する可能性を低減し得るとともに、蒸発器4の水面変化による水の蒸発振動の発生を抑制し得る。
As described above, it is possible to reduce the possibility that carbon is deposited in the
具体的には、例えば、制御器11からの指令により、燃料電池システム100の発電出力を増加する場合、蒸発器4へ供給される水の流量が増える。このとき、蒸発器4の水面が急激に上昇する場合がある。この場合、加熱部8が加熱する蒸発器4の壁面のうち、水溜りに接していない上方部分の温度が、燃焼排ガスの温度に近い高温の可能性があるので、かかる高温状態の壁面に水が急に接触するとき、この壁面温度と本壁面に接触する水の温度との温度差が大きい。すると、蒸発器4の水の膜沸騰、ひいては、突沸が起こり、水の蒸発振動が発生する。
Specifically, for example, when the power generation output of the
そこで、本実施形態では、例えば、燃料電池システム100の発電出力を増加させる場合、加熱量調整器9によって蒸発器4への加熱量を増加させ得る。これにより、蒸発器4の水面の上昇速度を緩やかにすることで、蒸発器4の水面の上方近傍の壁面を、蒸発器4の水溜りの水と壁面との間の熱伝導によって適時に適温に冷却できる。このため、蒸発器4の水面が上昇しても、蒸発器4の壁面の温度と本壁面に接触する水の温度との温度差を低減できるので、蒸発器4で突沸が発生する可能性を低減できる。よって、蒸発器4の水面変化による水の蒸発振動の発生を抑制し得る。
Therefore, in the present embodiment, for example, when the power generation output of the
(実施例)
[装置構成]
図2は、第1実施形態の実施例にかかる燃料電池システムの蒸発器の周辺部の一例を示す図である。なお、図2において、「上」から「下」に重力が作用するものとする。
(Example)
[Device configuration]
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a peripheral portion of the evaporator of the fuel cell system according to the example of the first embodiment. In FIG. 2, it is assumed that gravity acts from “upper” to “lower”.
本実施例の燃料電池システム100は、加熱量調整器9として、蒸発器4を加熱するヒータ9Aを備える。つまり、蒸発器4は、改質器5に供給する水蒸気を生成するための水を溜める容器を備え、加熱量調整器9の一例であるヒータ9Aが、蒸発器4に設けられている。例えば、図2に示すように、ヒータ9Aは、蒸発器4の下端部近傍の水溜まり内に設けられている。
The
加熱部8は、上記の容器の側壁部に設けられ、燃焼排ガスが容器の上端部から下端部へと通過する流路部材8Aを備える。つまり、加熱部8として、高温の燃焼排ガスが加熱流体であり、水が受熱流体である熱交換器が例示されている。なお、加熱部8は、本例に限定されるものではなく、例えば、蒸発器4の容器の水溜りを通過するチューブを備え、本チューブに燃焼排ガスが流れる構成であっても構わない。
The heating unit 8 includes a
また、本実施例の燃料電池システム100は、水位検知器50として、蒸発器4に設けられた複数の温度検知器50A、50B、50C、50Dを備える。温度検知器50A、50B、50C、50Dは、蒸発器4の容器内の温度を直接的また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。つまり、かかる温度と相関する適宜の箇所(例えば、蒸発器4の容器壁面など)に温度検知器50A、50B、50C、50Dを設け、本温度を間接的に検知してもいいし、容器に温度検知器50A、50B、50C、50Dを挿入し、本温度を直接的に検知してもいい。本実施例では、温度検知器50A、50B、50C、50Dは、容器壁面に設けられている。そして、図2に示すように、複数(本実施例では、4個)の温度検知器50A、50B、50C、50Dは、蒸発器4の容器の上端部と下端部との間において、上下方向にほぼ均等に配されている。
Further, the
なお、温度検知器50A、50B、50C、50Dとして、例えば、熱電対などを例示できる。
In addition, as a
これにより、制御器11は、温度検知器50A、50B、50C、50Dの検知温度に基づいて蒸発器4の水位を判定できる。例えば、制御器11は、温度検知器50Aの検知温度が100℃以上の場合、蒸発器4の水面高さが、この温度検知器50Aよりも下方であると判定できる。温度検知器50Aの検知温度が100℃未満の場合、蒸発器4の水面高さが、本温度検知器50Aよりも上方であると判定できる。他の温度検知器50B、50C、50Dについても同様である。よって、制御器11は、例えば、上下方向で隣り合う一対の温度検知器50A、50Bのうちの下方側の温度検知器50Aの検知温度が100℃未満、かつ、上方側の温度検知器50Bの検知温度が100℃以上の場合、図2に示すように、蒸発器4の水面高さが、上記一対の温度検知器50A、50Bの間に存在すると判定できる。
Thereby, the
[動作]
以下、図面を用いて、本実施例の燃料電池システム100の動作について説明する。
[Operation]
Hereinafter, the operation of the
本実施例では、燃料として日本の都市ガス「13A」(都市ガス「13A」の組成比は、例えば、CH4:88.9%、C2H6:6.8%、C3H8:3.1%、C4H10:1.2%)を用い、酸化剤ガスとして空気を用いる場合について説明する。また、燃料電池システム100に、図示しない電力負荷側の需要により、燃料電池システム100の発電出力が低出力(例えば、500W)から、高出力(例えば、1000W)に上昇する場合について説明する。
In this example, Japanese city gas “13A” as fuel (composition ratio of city gas “13A” is, for example, CH 4 : 88.9%, C 2 H 6 : 6.8%, C 3 H 8 : 3.1%, C 4 H 10 : 1.2%) and air as the oxidant gas will be described. Further, a case will be described in which the power generation output of the
図3A、図3Bおよび図3Cは、第1実施形態の実施例にかかる燃料電池システムの蒸発器の水面高さの一例を示す図である。 3A, 3B, and 3C are diagrams showing an example of the water surface height of the evaporator of the fuel cell system according to the example of the first embodiment.
図4は、第1実施形態の実施例にかかる燃料電池システムの蒸発器の水面高さとヒータ通電量の関係の一例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the water level of the evaporator and the heater energization amount of the fuel cell system according to the example of the first embodiment.
なお、以下の動作は、制御器11において制御プログラムが実行されることで、温度検知器50Aの検知温度に基づいて行われる。
The following operation is performed based on the detected temperature of the
図3Aに示すように、燃料電池システム100の発電出力が、500Wの発電安定状態では、蒸発器4の水面高さは、上下方向で隣り合う一対の温度検知器50A、50Bの間で安定している。ここで、制御器11が、燃料電池システム100の発電出力を1000Wに上昇させる発電出力の変動指令を取得すると、改質器5に供給される都市ガスの流量および水の流量、燃料電池6に供給される空気の流量、および燃料電池6から取り出される電流値が、上記の発電出力が1000Wである場合の設定値に変更される。これらの数値はそれぞれ、燃料電池システム100の発電出力に対応して予め設定されている。
As shown in FIG. 3A, when the power generation output of the
このような設定値の変更に伴い、蒸発器4へ供給される水の流量は増加する。すると、図3Bに示すように、蒸発器4の水面高さが上昇する。そして、燃料電池システム100の発電出力が1000Wの発電安定状態では、蒸発器4の水面高さは、上下方向で隣り合う一対の温度検知器50C、50Dの間で安定するので、図3Cに示すように、蒸発器4の水面高さが、上記の安定位置へ到達する。
With such a change in the set value, the flow rate of water supplied to the
ここで、加熱部8には、上記のとおり、高温の燃焼排ガスが流通している。以下、燃焼排ガスによって加熱される蒸発器4の容器壁面の温度分布について詳しく説明する。
Here, as described above, high-temperature combustion exhaust gas circulates in the heating unit 8. Hereinafter, the temperature distribution of the container wall surface of the
まず、蒸発器4の水面に等しい位置、またはそれより低い位置における容器壁面では、蒸発器4の水溜りの水の温度の影響を強く受けるため、100℃以下の温度となる。
First, the container wall surface at a position equal to or lower than the water surface of the
また、蒸発器4の水面の上方近傍の容器壁面では、蒸発器4の水溜りの水と容器壁面との間の熱伝導によって水溜りの水の温度の影響を受けるため、燃焼排ガス温度が高温(例えば、400℃程度)であっても、100℃〜200℃程度の温度となる。
In addition, the container wall near the upper surface of the
一方、蒸発器4の水面から離間した上方(例えば、図3Aの蒸発器4の水面高さの場合の温度検知器50Dの配置位置)の容器壁面では、燃焼排ガス温度とほぼ同等の400℃程度の温度となる。
On the other hand, on the container wall surface above the water surface of the evaporator 4 (for example, the position of the
このような容器壁面の温度分布により、蒸発器4の水面の上方近傍の壁面温度と水温との温度差がさほど大きくない。このため、例えば、蒸発器4の水面が徐々に上昇する場合、蒸発器4の水溜りの水と容器壁面との間の熱伝導によって蒸発器4の水面の上方近傍の容器壁面を適時に適温に冷却し得る。よって、この場合、蒸発器4の水面が上昇しても、水の膜沸騰は起こりにくく、突沸が発生する可能性は低い。
Due to the temperature distribution of the container wall surface, the temperature difference between the wall surface temperature near the upper surface of the
しかし、蒸発器4の水面が、例えば、急激に上昇する場合、容器壁面の冷却が、蒸発器4の水面の上昇に追従できずに、蒸発器4の水面から離間した上方の容器壁面の温度が高温のまま、蒸発器4の水が、例えば、燃焼排ガス温度とほぼ同等の400℃程度に加熱された容器壁面に接触する場合がある。よって、この場合、容器の壁面温度と水温との温度差が大きいので、水の膜沸騰が起こりやすく、突沸が発生する可能性は高い。
However, when the water surface of the
そこで、本実施例では、制御器11は、ヒータ9Aへの通電量を変化させることで蒸発器4の水位が予め設定された位置になるまでヒータ9Aを制御する。例えば、制御器11が、上記の発電出力を上昇させる変動指令を取得すると同時に、蒸発器4に設けられたヒータ9Aの通電量が増加するようにヒータ9Aを制御する。つまり、ヒータ9Aの通電量の制御によって、蒸発器4への加熱量を増加させ、蒸発器4での水の蒸発量を設定値に保ちつつ、蒸発器4の水面が徐々に上昇するように制御され、蒸発器4の水面が温度検知器50Dの配置位置よりも上方へと移動しないように制御されている。
Therefore, in this embodiment, the
具体的には、燃料電池システム100の発電出力を上昇させる変動指令が出された後、図4に示すように、ヒータ9Aへの通電が開始される。そして、蒸発器4の水面高さが、温度検知器50Cに対応する位置に近づく程、蒸発器4の水面の上昇が緩慢となる傾向にあるので、温度検知器50Cに対応する水面高さに近づくにつれて、ヒータ9Aへの通電量を減少させる。例えば、図4に示すように、温度検知器50Cに対応する水面高さにおいて、ヒータ9Aへの通電量がゼロ(OFF)となっている。
Specifically, after a change command for increasing the power generation output of the
なお、燃料電池システム100の発電出力の上昇時における、蒸発器4の水面高さとヒータ9Aへの通電量との相関については、予め実験で検証された蒸発器4で突沸が起こらない条件に基づいて決定されるとよい。また、ヒータ9Aへの通電量の制御は、ON/OFF制御であってもいいし、ヒータ9Aへの通電量を増減させる制御であってもいい。また、以上の動作における具体的な数値などは例示であって、本例に限定されない。例えば、本実施例では、温度検知器50Cに対応する水面高さにおいて、ヒータ9Aへの通電量をゼロ(OFF)に設定しているが、ヒータ9Aに予め設定された所望の通電量を与えても構わない。
Note that the correlation between the water surface height of the
以上により、例えば、燃料電池システム100の発電出力を増加させる場合、ヒータ9Aによって蒸発器4への加熱量が増加することで蒸発器4の水面を緩やかに上昇させ得るので、蒸発器4で突沸が発生する可能性を低減できる。よって、蒸発器4の水面変化による水の蒸発振動の発生を抑制し得る。また、ヒータ9Aにより蒸発器4への加熱量が制御されるので、改質器5のS/Cの設定値を小さくする必要がない。よって、従来よりも改質器5で炭素が析出する可能性を低減し得る。そして、本実施例では、蒸発器4の温度をヒータ9Aで直接的に制御するので、蒸発器4の水位の制御性(レスポンス性)も良好である。
As described above, for example, when the power generation output of the
(第2実施形態)
[装置構成]
図5は、第2実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
(Second Embodiment)
[Device configuration]
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of the fuel cell system according to the second embodiment.
第2実施形態の燃料電池システム100は、燃料供給器1と、水供給器2と、蒸発器4と、水位検知器50と、改質器5と、燃料電池6と、燃焼器7と、加熱部8と、制御器11と、を備える。
The
第2実施形態の燃料電池システム100は、図1の加熱量調整器9として、燃料供給器1と水供給器2とを備える点において、第1実施形態と異なっている。第2実施形態の燃料電池システム100は、上記の点以外は、第1実施形態の燃料電池システム100と同様に構成してもよい。第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
The
燃料供給器1は、改質器5に燃料を供給する。燃料供給器1は、改質器5に燃料を供給できれば、どのような構成であっても構わない。燃料供給器1は、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。昇圧器は、例えば、ポンプ、ブロアなどが用いられるが、これに限定されるものではない。燃料は、図示しない燃料供給源より供給される。燃料供給源は、所定の供給圧を備える。燃料供給源として、例えば、燃料ボンベ、燃料インフラなどを例示できる。
The
水供給器2は、蒸発器4に水を供給する。水供給器2は、蒸発器4に水を供給できれば、どのような構成であっても構わない。水供給器2として、例えば、ギアポンプおよびプランジャポンプなどの容量式ポンプを例示できる。
The
[動作]
以下、図面を用いて、第2実施形態の燃料電池システム100の動作について説明する。
[Operation]
Hereinafter, the operation of the
第2実施形態では、第1実施形態の実施例の燃料電池システム100と同様に、燃料として都市ガス「13A」を用い、酸化剤ガスとして空気を用い、燃料電池システム100に、図示しない電力負荷側の需要により、燃料電池システム100の発電出力が低出力(例えば、500W)から、高出力(例えば、1000W)に上昇する場合について説明する。
In the second embodiment, similarly to the
また、図3A−図3Bの内容、および燃焼排ガスによって加熱される蒸発器4の容器壁面の温度分布については、第1実施形態の実施例の燃料電池システム100と同様であるので説明を省略する。
The contents of FIGS. 3A to 3B and the temperature distribution on the vessel wall surface of the
図6は、第2実施形態にかかる燃料電池システムの蒸発器の水面高さと燃料利用率の関係の一例を示す図である。なお、以下の動作は、制御器11において制御プログラムが実行されることで、温度検知器50Aの検知温度に基づいて行われる。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the relationship between the water surface height of the evaporator and the fuel utilization rate of the fuel cell system according to the second embodiment. The following operation is performed based on the detected temperature of the
ここで、本実施形態では、制御器11は、燃料の流量と水の流量との比率を一定に保った状態で、燃料電池6の燃料利用率Ufを変化させることで蒸発器4の水位が予め設定された位置になるまで燃料供給器1および水供給器2を制御する。
Here, in the present embodiment, the
例えば、燃料電池システム100の発電出力が低出力(例えば、500W)から、高出力(例えば、1000W)に上昇する場合において、燃料電池6から取り出す電流を予め設定された電流上昇に維持した状態で、燃料流量を予め設定された流量上昇よりも増量させる。つまり、燃料利用率Ufを1000Wでの設定値よりも低減させる。これにより、燃焼器7の燃焼熱量が増えるので、蒸発器4を加熱する燃焼排ガス温度を適時に上昇させ得る。つまり、燃料利用率Ufの低減によって、蒸発器4への加熱量を増加させ、蒸発器4での水の蒸発量を設定値に保ちつつ、蒸発器4の水面が徐々に上昇するように制御され、蒸発器4の水面が温度検知器50Dの配置位置よりも上方へと移動しないように制御されている。
For example, when the power generation output of the
具体的には、燃料電池システム100の発電出力を上昇させる変動指令が出された後、図6に示すように、燃料流量を予め1000Wにおいて設定した流量よりも増やす。そして、蒸発器4の水面高さが、温度検知器50Cに対応する位置に近づく程、蒸発器4の水面の上昇が緩慢となる傾向にあるので、温度検知器50Cに対応する水面高さに近づくにつれて、燃料流量を予め1000Wにおいて設定した値に近づける。つまり、燃料流量を減少させる。例えば、図6に示すように、温度検知器50Cに対応する水面高さにおいて、燃料流量は予め1000Wにおいて設定した値となっている。
Specifically, after a change command for increasing the power generation output of the
なお、燃料電池システム100の発電出力の上昇時における、蒸発器4の水面高さと燃料流量(燃料利用率Uf)との相関については、予め実験で検証された蒸発器4で突沸が起こらない条件に基づいて決定されるとよい。また、以上の動作における具体的な数値などは例示であって、本例に限定されない。
Regarding the correlation between the water surface height of the
以上により、例えば、燃料電池システム100の発電出力を増加させる場合、燃料利用率Ufが変化することで蒸発器4の水面を緩やかに上昇させ得るので、蒸発器4で突沸が発生する可能性を低減できる。よって、蒸発器4の水面変化による水の蒸発振動の発生を抑制し得る。また、燃料の流量と水の流量との比率を一定に保った状態で、燃料電池6の燃料利用率Ufを変化させるので、従来よりも改質器5で炭素が析出する可能性を低減し得る。そして、本実施形態では、燃焼器7の燃料流量を直接的に制御するので、燃焼排ガス温度の制御性(レスポンス性)、ひいては、蒸発器4の水位の制御性(レスポンス性)も良好である。
As described above, for example, when the power generation output of the
(第3実施形態)
[装置構成]
図7は、第3実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
(Third embodiment)
[Device configuration]
FIG. 7 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a fuel cell system according to the third embodiment.
第3実施形態の燃料電池システム100は、酸化剤ガス供給器3と、蒸発器4と、水位検知器50と、改質器5と、燃料電池6と、燃焼器7と、加熱部8と、制御器11と、を備える。
The
第3実施形態の燃料電池システム100は、図1の加熱量調整器9として、酸化剤ガス供給器3を備える点において、第1実施形態と異なっている。第3実施形態の燃料電池システム100は、上記の点以外は、第1実施形態の燃料電池システム100と同様に構成してもよい。第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
The
酸化剤ガス供給器3は、燃料電池6のカソードに酸化剤ガスを供給する。酸化剤ガス供給器3は、燃料電池6のカソードに酸化剤ガスを供給できれば、どのような構成であっても構わない。酸化剤ガス供給器3は、例えば、ポンプ、ブロアなどが用いられるが、これに限定されるものではない。
The oxidant
[動作]
以下、図面を用いて、第3実施形態の燃料電池システム100の動作について説明する。
[Operation]
Hereinafter, the operation of the
第3実施形態では、第1実施形態の実施例の燃料電池システム100と同様に、燃料として都市ガス「13A」を用い、酸化剤ガスとして空気を用い、燃料電池システム100に、図示しない電力負荷側の需要により、燃料電池システム100の発電出力が低出力(例えば、500W)から、高出力(例えば、1000W)に上昇する場合について説明する。
In the third embodiment, similarly to the
また、図3A−図3Bの内容、および燃焼排ガスによって加熱される蒸発器4の容器壁面の温度分布については、第1実施形態の実施例の燃料電池システム100と同様であるので説明を省略する。
The contents of FIGS. 3A to 3B and the temperature distribution on the vessel wall surface of the
図8は、第3実施形態にかかる燃料電池システムの蒸発器の水面高さと空気利用率の関係の一例を示す図である。なお、以下の動作は、制御器11において制御プログラムが実行されることで、温度検知器50Aの検知温度に基づいて行われる。
FIG. 8 is a diagram showing an example of the relationship between the water surface height of the evaporator and the air utilization rate of the fuel cell system according to the third embodiment. The following operation is performed based on the detected temperature of the
ここで、本実施形態では、制御器11は、燃料電池6の酸化剤ガス利用率(ここでは、空気利用率Ua)を変化させることで蒸発器4の水位が予め設定された位置になるまで酸化剤ガス供給器3を制御する。
Here, in the present embodiment, the
例えば、燃料電池システム100の発電出力が低出力(例えば、500W)から、高出力(例えば、1000W)に上昇する場合において、燃料電池6から取り出す電流を予め設定された電流上昇に維持した状態で、空気流量を予め設定された流量上昇よりも減量させる。つまり、空気利用率Uaを1000Wでの設定値よりも上昇させる。これにより、燃焼器7からの燃焼排ガスを希釈する空気が減るので、蒸発器4を加熱する燃焼排ガス温度を適時に上昇させ得る。つまり、空気利用率Uaを上げることによって、蒸発器4への加熱量を増加させ、蒸発器4での水の蒸発量を設定値に保ちつつ、蒸発器4の水面が徐々に上昇するように制御され、蒸発器4の水面が温度検知器50Dの配置位置よりも上方へと移動しないように制御されている。
For example, when the power generation output of the
具体的には、燃料電池システム100の発電出力を上昇させる変動指令が出された後、図8に示すように、空気流量を予め1000Wにおいて設定した流量よりも減らす。そして、蒸発器4の水面高さが、温度検知器50Cに対応する位置に近づく程、蒸発器4の水面の上昇が緩慢となる傾向にあるので、温度検知器50Cに対応する水面高さに近づくにつれて、空気流量を予め1000Wにおいて設定した値に近づける。つまり、空気流量を増加させる。例えば、図8に示すように、温度検知器50Cに対応する水面高さにおいて、空気流量は予め1000Wにおいて設定した値となっている。
Specifically, after a fluctuation command for increasing the power generation output of the
なお、燃料電池システム100の発電出力の上昇時における、蒸発器4の水面高さと空気流量(空気利用率Ua)との相関については、予め実験で検証された蒸発器4で突沸が起こらない条件に基づいて決定されるとよい。また、以上の動作における具体的な数値などは例示であって、本例に限定されない。
Regarding the correlation between the water surface height of the
以上により、例えば、燃料電池システム100の発電出力を増加させる場合、空気利用率Uaが変化することで蒸発器4の水面を緩やかに上昇させ得るので、蒸発器4で突沸が発生する可能性を低減できる。よって、蒸発器4の水面変化による水の蒸発振動の発生を抑制し得る。また、改質器5のS/Cに影響を与えない燃料電池6の空気利用率Uaを変化させるので、従来よりも改質器5で炭素が析出する可能性を低減し得る。そして、本実施形態では、燃料電池システム100の発電効率への影響が小さい空気流量を制御するので、かかる発電効率低下も抑制し得る。
As described above, for example, when the power generation output of the
上記説明から、当業者にとっては、本開示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、本開示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。本開示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 disclosure are apparent to persons skilled in the art. Accordingly, the foregoing description is to 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 disclosure. Details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the present disclosure.
例えば、蒸発器4への加熱量の制御方法として、第1実施形態の実施例のヒータ9Aへの通電量を制御する方法、第2実施形態の燃料利用率Ufを制御する方法、および第3実施形態の空気利用率Uaを制御する方法について説明したが、これらの方法を適宜、組み合せて蒸発器4の加熱量を制御しても構わない。
For example, as a method of controlling the heating amount to the
また、燃焼器7の燃焼に用いられる空気などの酸化剤ガスは、カソードオフガスに限定されない。例えば、燃料電池システム100の外部から取り込んだ空気(フレッシュ空気)を、燃焼器7においてアノードオフガスとともに燃焼させても構わない。なお、この場合、燃焼器7から排出される燃焼排ガスとカソードオフガスと混合させて、燃焼ガス流路に流通させても構わない。
Further, the oxidant gas such as air used for the combustion of the
また、制御器11が、燃料電池システム100の発電出力を上昇させる変動指令を取得すると同時に、蒸発器4への加熱量を制御しているが、これに限らない。例えば、燃料電池システム100の発電出力変動が、外部の負荷変動に追従する運転ではなく、予め把握され得る運転の場合、かかる発電出力の上昇に先立つ所定時間前に、蒸発器4への加熱量を制御しても構わない。これにより、蒸発器4の水位の制御性(レスポンス性)が更に向上する。
In addition, the
本開示の一態様は、従来よりも改質器で炭素が析出する可能性を低減し得るとともに、蒸発器の水面変化による水の蒸発振動の発生を抑制し得る。よって、本開示の一態様は、例えば、燃料電池システムに利用できる。 One embodiment of the present disclosure can reduce the possibility of carbon deposition in a reformer as compared with the conventional case, and can suppress the occurrence of water evaporation vibration due to a change in the water level of the evaporator. Therefore, one embodiment of the present disclosure can be used in, for example, a fuel cell system.
1 :燃料供給器
2 :水供給器
3 :酸化剤ガス供給器
4 :蒸発器
5 :改質器
6 :燃料電池
7 :燃焼器
8 :加熱部
8A :流路部材
9 :加熱量調整器
9A :ヒータ
11 :制御器
50 :水位検知器
50A :温度検知器
50B :温度検知器
50C :温度検知器
50D :温度検知器
100 :燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Fuel supply device 2: Water supply device 3: Oxidant gas supply device 4: Evaporator 5: Reformer 6: Fuel cell 7: Combustor 8:
Claims (5)
前記改質器に供給する水蒸気を生成するための水が蒸発する蒸発器と、
前記蒸発器の水位を検知する水位検知器と、
カソードとアノードとを備え、前記カソードに供給される酸化剤ガスと前記改質器から前記アノードに供給される水素含有ガスとを用いて発電する燃料電池と、
前記アノードから排出されるアノードオフガスが燃焼することで燃焼排ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼排ガスの熱によって前記蒸発器を加熱する加熱部と、
前記蒸発器への加熱量を調整する加熱量調整器と、
前記蒸発器への加熱量が変化することで前記蒸発器の水位が予め設定された位置になるまで前記加熱量調整器を制御する制御器と、を備える燃料電池システム。 A reformer that generates hydrogen-containing gas by a reforming reaction using fuel and steam; and
An evaporator in which water for generating water vapor to be supplied to the reformer evaporates;
A water level detector for detecting the water level of the evaporator;
A fuel cell comprising a cathode and an anode, and generating electricity using an oxidant gas supplied to the cathode and a hydrogen-containing gas supplied from the reformer to the anode;
A combustor that generates combustion exhaust gas by burning off the anode off-gas discharged from the anode;
A heating section for heating the evaporator with heat of the combustion exhaust gas;
A heating amount adjuster for adjusting the heating amount to the evaporator;
A fuel cell system comprising: a controller that controls the heating amount adjuster until a water level of the evaporator reaches a preset position by changing a heating amount to the evaporator.
前記制御器は、前記ヒータへの通電量を変化させることで前記蒸発器の水位が予め設定された位置になるまで前記ヒータを制御する請求項1に記載の燃料電池システム。 The heating amount adjuster includes a heater for heating the evaporator,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the controller controls the heater until a water level of the evaporator reaches a preset position by changing an energization amount to the heater.
前記制御器は、前記燃料の流量と前記水の流量との比率を一定に保った状態で、前記燃料電池の燃料利用率を変化させることで前記蒸発器の水位が予め設定された位置になるまで前記燃料供給器および前記水供給器を制御する請求項1または2に記載の燃料電池システム。 As the heating amount adjuster, a fuel supply device that supplies the fuel to the reformer, and a water supply device that supplies the water to the evaporator,
The controller changes the fuel utilization rate of the fuel cell in a state where the ratio of the flow rate of the fuel and the flow rate of the water is kept constant, so that the water level of the evaporator becomes a preset position. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel supplier and the water supplier are controlled.
前記制御器は、前記燃料電池の酸化剤ガス利用率を変化させることで前記蒸発器の水位が予め設定された位置になるまで前記酸化剤ガス供給器を制御する請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池システム。 As the heating amount adjuster, comprising an oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the cathode of the fuel cell,
4. The controller according to claim 1, wherein the controller controls the oxidant gas supply unit until a water level of the evaporator reaches a preset position by changing an oxidant gas utilization rate of the fuel cell. 5. The fuel cell system described in 1.
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