JP2023071203A - Solid oxide fuel cell system - Google Patents
Solid oxide fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023071203A JP2023071203A JP2021183803A JP2021183803A JP2023071203A JP 2023071203 A JP2023071203 A JP 2023071203A JP 2021183803 A JP2021183803 A JP 2021183803A JP 2021183803 A JP2021183803 A JP 2021183803A JP 2023071203 A JP2023071203 A JP 2023071203A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- anode
- gas
- temperature
- stack
- combustor
- 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
本願は、固体酸化物形燃料電池システムに関する。 The present application relates to solid oxide fuel cell systems.
固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:これ以降SOFCとも記す)は、イットリア安定化ジルコニウムなどのイオン電導性の高い固体酸化物の電解質を燃料極(これ以降アノードと記す)と空気極(これ以降カソードと記す)とで挟んだ構造を有している。アノードとカソードとで電解質を挟んだものを単セルと呼び、この単セルが複数積層されてスタックが構成されている。アノードには水素、一酸化炭素などのアノードガスが供給され、カソードには酸素を含んだ空気などのカソードガスが供給される。アノードガスの原料となる燃料ガスとして、メタンを主成分とする都市ガスなどが用いられる。 A solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as SOFC) uses a solid oxide electrolyte with high ion conductivity such as yttria-stabilized zirconium as a fuel electrode (hereinafter referred to as an anode) and an air electrode (hereinafter referred to as an anode). hereinafter referred to as a cathode). A single cell is a device in which an electrolyte is sandwiched between an anode and a cathode. An anode gas such as hydrogen or carbon monoxide is supplied to the anode, and a cathode gas such as air containing oxygen is supplied to the cathode. City gas or the like containing methane as a main component is used as the fuel gas that is the raw material for the anode gas.
SOFCを駆動させるSOFCシステムは、都市ガスなどの燃料ガスを水素と一酸化炭素との混合ガスであるアノードガスに改質する改質器と、この改質器の触媒を加熱するための燃焼器とを備えている。このSOFCシステムには、アノードから排出されるアノードオフガスを燃料ガスとして再利用するリサイクル経路と、アノードオフガスを燃焼器の燃焼ガスとして使用する燃焼器用経路とが設けられている場合がある。このようなSOFCシステムにおいて、改質器の温度が低下すると改質率が大幅に低下するという問題がある。この問題に対して、従来のSOFCシステムにおいては、改質器の温度を検知し、改質器の温度に応じてリサイクル経路を流れるアノードオフガスと燃焼器用経路を流れるアノードオフガスとの配分を制御する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 The SOFC system that drives the SOFC includes a reformer that reforms fuel gas such as city gas into anode gas, which is a mixed gas of hydrogen and carbon monoxide, and a combustor that heats the catalyst of the reformer. and This SOFC system may be provided with a recycling path for reusing the anode off-gas discharged from the anode as fuel gas and a combustor path for using the anode off-gas as combustion gas for the combustor. In such an SOFC system, there is a problem that the reforming rate drops significantly when the temperature of the reformer drops. To address this problem, conventional SOFC systems detect the temperature of the reformer and control the distribution of the anode off-gas flowing through the recycling path and the anode off-gas flowing through the combustor path according to the temperature of the reformer. A method is disclosed (see, for example, Patent Document 1).
改質器の温度が低下して改質率が低下したときは、アノードガス量も低下するのでスタックの温度が低下してSOFCの発電量が低下する。従来のSOFCシステムにおいては、改質器の温度のみを検知して制御が行われている。そのため、改質器の温度を上昇させるために燃焼器用経路を流れるアノードオフガスを増やして燃焼器の温度を上昇させるまでは改質率は上昇しない。そして、SOFCのスタック温度は、改質器の改質率が上昇しない限り低下を続ける。つまり、従来のSOFCシステムにおいては、改質器の温度とスタックの温度とを独立に制御することができなかった。そのため、SOFCの発電量の変動が大きいという問題があった。 When the temperature of the reformer drops and the reforming rate drops, the amount of anode gas also drops, so the temperature of the stack drops and the amount of power generated by the SOFC drops. In conventional SOFC systems, control is performed by detecting only the temperature of the reformer. Therefore, the reforming rate does not increase until the temperature of the combustor is increased by increasing the anode off-gas flowing through the combustor path in order to raise the temperature of the reformer. Then, the SOFC stack temperature continues to decrease unless the reforming rate of the reformer increases. That is, in the conventional SOFC system, the temperature of the reformer and the temperature of the stack could not be controlled independently. Therefore, there is a problem that the amount of power generated by the SOFC fluctuates greatly.
本願は、上述の課題を解決するためになされたもので、改質器の温度とスタックの温度とを独立に制御することで発電量の変動を抑制することができるSOFCシステムを提供することを目的とする。 The present application has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide an SOFC system capable of suppressing fluctuations in the power generation amount by independently controlling the temperature of the reformer and the temperature of the stack. aim.
本願の固体酸化物形燃料電池システムは、アノード、電解質およびカソードを備えたスタックと、燃料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含むアノードガスを生成する改質器と、改質器の触媒を加熱するための燃焼ガスを生成する燃焼器と、アノードガスをアノードに供給するために燃料ガスの流量を調整する燃料ガス調整バルブと、カソードに供給される空気の流量を調整する空気用ブロワーと、アノードから排出されたアノードオフガスを改質器に供給するリサイクル経路とアノードオフガスを燃焼器に供給する燃焼器用経路とに分岐したアノードオフガス経路と、アノードオフガス経路に設けられ、リサイクル経路を流れるアノードオフガスと燃焼器用経路を流れるアノードオフガスとの配分比を調整するアノードオフガスブロワーと、改質器の触媒の温度を検出する改質器用温度センサと、スタックの温度を検出するスタック用温度センサとを備えている。そして、空気用ブロワーは、スタック用温度センサで検出されたスタックの温度に基づいてカソードに供給される空気の流量を調整し、アノードオフガスブロワーは、改質器用温度センサで検出された触媒の温度に基づいてリサイクル経路を流れるアノードオフガスと燃焼器用経路を流れるアノードオフガスとの配分比を調整し、燃料ガス調整バルブは、改質器用温度センサで検出された触媒の温度に基づいて燃料ガスの流量を調整している。 The solid oxide fuel cell system of the present application comprises a stack comprising an anode, an electrolyte and a cathode, a reformer for reacting a fuel gas with water vapor to produce an anode gas containing hydrogen, and a catalyst for the reformer. A combustor for generating combustion gas for heating, a fuel gas regulating valve for regulating the flow rate of the fuel gas for supplying the anode gas to the anode, and an air blower for regulating the flow rate of the air supplied to the cathode. an anode off-gas path branched into a recycling path for supplying the anode off-gas discharged from the anode to the reformer and a combustor path for supplying the anode off-gas to the combustor; and an anode provided in the anode off-gas path and flowing through the recycling path. An anode offgas blower that adjusts the distribution ratio between the offgas and the anode offgas flowing through the combustor path, a reformer temperature sensor that detects the temperature of the reformer catalyst, and a stack temperature sensor that detects the stack temperature. I have it. The air blower adjusts the flow rate of air supplied to the cathode based on the stack temperature detected by the stack temperature sensor, and the anode off-gas blower adjusts the catalyst temperature detected by the reformer temperature sensor. The fuel gas adjustment valve adjusts the fuel gas flow rate based on the temperature of the catalyst detected by the reformer temperature sensor. are adjusting.
また、本願の別の固体酸化物形燃料電池システムは、アノード、電解質およびカソードを備えたスタックと、燃料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含むアノードガスを生成する改質器と、改質器の触媒を加熱するための燃焼ガスを生成する燃焼器と、アノードガスをアノードに供給するために燃料ガスの流量を調整する燃料ガス調整バルブと、カソードに供給される空気の流量を調整する空気用ブロワーと、アノードから排出されたアノードオフガスを改質器に供給するリサイクル経路とアノードオフガスを燃焼器に供給する燃焼器用経路とに分岐したアノードオフガス経路と、アノードオフガス経路に設けられ、リサイクル経路を流れるアノードオフガスと燃焼器用経路を流れるアノードオフガスとの配分比を調整するアノードオフガスブロワーと、燃焼器の燃焼ガスの温度を検出する燃焼器用温度センサと、スタックの温度を検出するスタック用温度センサとを備えている。そして、空気用ブロワーは、スタック用温度センサで検出されたスタックの温度に基づいてカソードに供給される空気の流量を調整し、アノードオフガスブロワーは、燃焼器用温度センサで検出された燃焼ガスの温度に基づいてリサイクル経路を流れるアノードオフガスと燃焼器用経路を流れるアノードオフガスとの配分比を調整し、燃料ガス調整バルブは、燃焼器用温度センサで検出された燃焼ガスの温度に基づいて燃料ガスの流量を調整している。 Another solid oxide fuel cell system of the present application includes a stack comprising an anode, an electrolyte and a cathode; a reformer for reacting a fuel gas with water vapor to produce an anode gas containing hydrogen; A combustor that generates combustion gas for heating the catalyst of the vessel, a fuel gas control valve that adjusts the flow rate of the fuel gas to supply the anode gas to the anode, and a flow rate of the air that is supplied to the cathode. a blower for air; an anode offgas path branched into a recycling path for supplying the anode offgas discharged from the anode to the reformer; and a combustor path for supplying the anode offgas to the combustor; An anode offgas blower that adjusts the distribution ratio between the anode offgas flowing through the path and the anode offgas flowing through the combustor path, a combustor temperature sensor that detects the temperature of the combustion gas in the combustor, and a stack temperature that detects the stack temperature. and a sensor. The air blower adjusts the flow rate of air supplied to the cathode based on the stack temperature detected by the stack temperature sensor, and the anode off-gas blower adjusts the combustion gas temperature detected by the combustor temperature sensor. The fuel gas adjustment valve adjusts the fuel gas flow rate based on the combustion gas temperature detected by the combustor temperature sensor. are adjusting.
本願の固体酸化物形燃料電池システムにおいては、空気用ブロワーがスタック用温度センサで検出されたスタックの温度に基づいてカソードに供給される空気の流量を調整し、アノードオフガスブロワーが改質器用温度センサで検出された触媒の温度に基づいてリサイクル経路を流れるアノードオフガスと燃焼器用経路を流れるアノードオフガスとの配分比を調整し、燃料ガス調整バルブが改質器用温度センサで検出された触媒の温度に基づいて燃料ガスの流量を調整しているので、改質器の温度とスタックの温度とを独立に制御することが可能となり、発電量の変動を抑制することができる。 In the solid oxide fuel cell system of the present application, the air blower adjusts the flow rate of air supplied to the cathode based on the stack temperature detected by the stack temperature sensor, and the anode offgas blower adjusts the reformer temperature. Based on the temperature of the catalyst detected by the sensor, the distribution ratio of the anode off-gas flowing through the recycle path and the anode off-gas flowing through the combustor path is adjusted, and the fuel gas adjustment valve detects the temperature of the catalyst detected by the reformer temperature sensor. Since the flow rate of the fuel gas is adjusted based on the above, it is possible to control the temperature of the reformer and the temperature of the stack independently, thereby suppressing fluctuations in the power generation amount.
また、本願の別の固体酸化物形燃料電池システムは、空気用ブロワーがスタック用温度センサで検出されたスタックの温度に基づいてカソードに供給される空気の流量を調整し、アノードオフガスブロワーが燃焼器用温度センサで検出された燃焼ガスの温度に基づいてリサイクル経路を流れるアノードオフガスと燃焼器用経路を流れるアノードオフガスとの配分比を調整し、燃料ガス調整バルブが燃焼器用温度センサで検出された燃焼ガスの温度に基づいて燃料ガスの流量を調整しているので、改質器の温度とスタックの温度とを独立に制御することが可能となり、発電量の変動を抑制することができる。 In another solid oxide fuel cell system of the present application, the air blower adjusts the flow rate of the air supplied to the cathode based on the temperature of the stack detected by the stack temperature sensor, and the anode offgas blower burns. The fuel gas control valve adjusts the distribution ratio between the anode off-gas flowing through the recycling path and the anode off-gas flowing through the combustor path based on the temperature of the combustion gas detected by the combustor temperature sensor, and the combustion detected by the combustor temperature sensor. Since the flow rate of the fuel gas is adjusted based on the gas temperature, it is possible to independently control the temperature of the reformer and the temperature of the stack, thereby suppressing fluctuations in the power generation amount.
以下、本願を実施するための実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池システムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。 Hereinafter, solid oxide fuel cell systems according to embodiments for carrying out the present application will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals denote the same or corresponding parts.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成図である。本実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池システム1は、スタック2、改質器3、燃焼器4および脱硫器5を有している。スタック2は、カソード21とアノード22とで電解質23が挟まれており、それらが積層されて構成されている。固体酸化物形燃料電池システム1には、原料となる空気31、純水32および燃料ガス33が供給される。空気31は、空気用ブロワー11を介してカソード21にカソードガスとして供給される。純水32は、熱交換器12において後述するアノードオフガスとの熱交換で加熱されて水蒸気に変換される。熱交換器12で変換された水蒸気は、水蒸気供給経路34を経由して脱硫器5から改質器3に送られる燃料ガスに供給される。燃料ガス33は、燃料ガス調整バルブ13を経由して脱硫器5に送られる。脱硫器5は、都市ガスなどの硫黄成分を含んだ燃料ガスから硫黄成分を除去する。脱硫器5で硫黄成分が除去された燃料ガスは改質器3に送られる。改質器3は、内部に触媒などが備えられている。改質器3は、脱硫器5から供給される燃料ガスと水蒸気供給経路34から供給される水蒸気とを原料として改質反応を行って、水素と一酸化炭素とを多く含んだアノードガスを生成する。改質器3で生成されたアノードガスは、アノード22に供給される。なお、メタンなどの硫黄成分を含まない燃料ガスを使用する場合は、脱硫器5は除かれてもよい。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a configuration diagram of a solid oxide fuel cell system according to Embodiment 1. FIG. A solid oxide fuel cell system 1 according to this embodiment has a
スタック2には負荷50が接続されている。スタック2では、600~1000℃の温度環境で電気化学反応が行われる。カソード21に供給された酸素は、電子を受け取って酸素イオンとなり電解質23に運ばれる。アノード22に供給された水素は、電子を放出して水素イオンとなり、電解質23を通過してきた酸素イオンと結合して水を生成する。また、アノード22に供給された一酸化炭素は、電子を放出して一酸化炭素イオンとなり、電解質23を通過してきた酸素イオンと結合して二酸化炭素を生成する。アノード22で放出された電子は、負荷50を経由してカソード21に到達する。このような電気化学反応によってスタック2で発電が行われる。
A
カソードガスである空気31は、カソード21で消費された後にカソードオフガスとしてスタック2から排出される。アノードガスは、アノード22で消費された後にアノードオフガスとしてスタック2から排出される。カソードオフガスは、燃焼器4に送られる。アノードオフガスは、熱交換器12で純水32と熱交換された後さらに熱交換器14および凝縮器15で後述するアノードオフガスブロワー16の耐熱温度以下に冷却される。凝縮器15を通過したアノードオフガスは、燃焼器4に接続された燃焼器用経路35と燃料ガスの経路に接続されたリサイクル経路36とに分かれて流れる。燃焼器用経路35とリサイクル経路36とに分岐した経路をアノードオフガス経路37と称する。リサイクル経路36には、アノードオフガスブロワー16と熱交換器14とが接続されている。アノードオフガスブロワー16は、燃焼器用経路35に流れるアノードオフガスとリサイクル経路36に流れるアノードオフガスとの配分比を調整することができる。熱交換器14は、リサイクル経路36を流れるアノードオフガスと上流のアノードオフガスとの間で熱交換を行ってリサイクル経路36を流れるアノードオフガスを加熱する。
The
燃焼器4は、カソードオフガスおよび燃焼器用経路35を経由して送られてくるアノードオフガスを燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する。改質器3の触媒は、燃焼器4で生成された燃焼ガスで昇温される。燃焼ガスは、改質器3を経由して熱交換器17に送られる。熱交換器17は、空気用ブロワー11からカソード21に送られる空気と燃焼ガスとの間で熱交換を行って、カソード21に送られる空気を昇温する。熱交換器17で熱交換が行われた燃焼ガスは外部に排出される。燃焼器4の着火は、燃焼器4の内部に設置された点火トランスによって実施される。
The combustor 4 combusts the cathode off-gas and the anode off-gas sent via the
スタック2および改質器3には、それぞれスタック用温度センサ41および改質器用温度センサ42が備えられている。スタック用温度センサ41は、スタック2の温度を検出する。改質器用温度センサ42は、改質器3の触媒の温度を検出する。
The
空気用ブロワー11は、空気用ブロワーコントローラ44で制御される。燃料ガス調整バルブ13は、燃料ガス調整バルブコントローラ45で制御される。アノードオフガスブロワー16は、アノードオフガスブロワーコントローラ46で制御される。空気用ブロワーコントローラ44は、スタック用温度センサ41で測定されるスタック温度に基づいて、空気用ブロワー11を用いて空気の供給量を制御する。燃料ガス調整バルブコントローラ45は、改質器用温度センサ42で測定される改質器3の触媒の温度に基づいて、燃料ガス調整バルブ13を用いて燃料ガスの供給量を制御する。アノードオフガスブロワーコントローラ46は、改質器用温度センサ42で測定される改質器3の触媒の温度に基づいて、アノードオフガスブロワー16を用いて燃焼器用経路35に流れるアノードオフガスとリサイクル経路36に流れるアノードオフガスとの配分比を制御する。
The
凝縮器15は、アノードオフガスに含まれる水分量を調整する。凝縮器15は、アノードオフガスに含まれる水蒸気の一部を凝縮させて凝縮水を生成する。凝縮器15で凝縮されなかった水蒸気は、アノードオフガスと共にリサイクル経路36を経由して改質器3に送られる。アノードオフガスは熱交換器12、熱交換器14および凝縮器15で冷却され、アノードオフガスブロワー16の耐熱温度以下まで(例えば80℃まで)冷却される。なお、凝縮器15で生成された凝縮水を熱交換器12で水蒸気に変換し、この水蒸気を水蒸気供給経路34に供給してもよい。
The
次に、本実施の形態における固体酸化物形燃料電池システム1の動作について説明する。
燃料ガス調整バルブコントローラ45は、燃料ガス調整バルブ13を調整して発電に必要な燃料ガス33を供給する。燃料ガス33は、脱硫器5で脱硫されて改質器3に送られる。また、改質器3には純水32から水蒸気供給経路34を経由して水蒸気が供給される。改質器3は、供給された燃料ガスと水蒸気とを改質して水素を多く含んだアノードガスを生成し、このアノードガスをアノード22に供給する。空気用ブロワーコントローラ44は、空気用ブロワー11を調整して発電に必要な空気31をカソード21に供給する。スタック2では空気に含まれる酸素とアノードガスに含まれる水素および一酸化炭素とが酸化還元反応して電子が生成され、この電子が負荷50に移動して電力として消費される。
Next, the operation of the solid oxide fuel cell system 1 in this embodiment will be described.
The fuel gas regulating
アノードガスは、アノード22を通過後はアノードオフガスとなる。アノードオフガスは、熱交換器12、14、凝縮器15で冷却される。アノードオフガスブロワーコントローラ46は、アノードオフガスブロワー16を調整して、燃焼器用経路35に流れるアノードオフガスとリサイクル経路36に流れるアノードオフガスとの配分比を制御する。
After passing through the
このように動作する固体酸化物形燃料電池システム1において、改質器3の触媒の温度が最適な温度から低下したときの動作について説明する。
改質器用温度センサ42で改質器3の触媒の温度の低下が検知される。アノードオフガスブロワーコントローラ46は、改質器用温度センサ42で触媒の温度の低下が検知されると、アノードオフガスブロワー16を調整して、燃焼器用経路35に流れるアノードオフガスの配分比を増加させる。燃焼器4では、燃焼器用経路35から供給されるアノードオフガスの増加によって燃焼ガスの温度が上昇する。燃焼ガスの温度の上昇によって触媒の温度も上昇する。しかし、リサイクル経路36に流れるアノードオフガスの配分比は低下する。そのため、リサイクル経路36を経由して改質器3に供給されるアノードオフガスが減少する。その結果、改質器3からアノード22に供給されるアノードガスが減少する恐れがある。
In the solid oxide fuel cell system 1 operating in this way, the operation when the temperature of the catalyst of the
The
本実施の形態の固体酸化物形燃料電池システム1においては、改質器用温度センサ42で触媒の温度の低下が検知されると、燃料ガス調整バルブコントローラ45が、燃料ガス調整バルブ13を調整して燃料ガスの供給量を増加させている。そのため、リサイクル経路36を経由して改質器3に供給されるアノードオフガスが減少した場合でも、アノードガスの減少を抑制することができる。
In the solid oxide fuel cell system 1 of the present embodiment, when the
その後、改質器用温度センサ42で触媒の温度の上昇が検知されると、アノードオフガスブロワーコントローラ46はアノードオフガスブロワー16を調整して、燃焼器用経路35に流れるアノードオフガスの配分比を低下させる。同時に燃料ガス調整バルブコントローラ45は、燃料ガス調整バルブ13を調整して燃料ガスの供給量を低下させる。このようにして改質器3からアノード22に供給されるアノードガスの量を一定に保つことができる。
Thereafter, when the
このような固体酸化物形燃料電池システム1においては、改質器3の触媒の温度が低下してもアノードガスの量を一定に保つことができる。しかしながら、一時的ではあるがアノードガスが減少する場合がある。アノードガスが減少すると発電量が低下すると共に、アノードガスとの電気化学反応で消費されない空気が増加してスタック2の温度が低下する。従来の固体酸化物形燃料電池システムにおいては、スタックの温度が低下した場合、改質器の触媒の温度が上昇しない限りスタックの発電量は低下を続ける。その結果、スタックの発電量の変動が大きくなる。
In such a solid oxide fuel cell system 1, even if the temperature of the catalyst in the
次に、本実施の形態の固体酸化物形燃料電池システム1において、スタック用温度センサ41でスタック2の温度の低下が検知された場合について説明する。
空気用ブロワーコントローラ44は、スタック用温度センサ41でスタック2の温度の低下が検知されると、空気用ブロワー11を調整してカソード21に供給する空気の量を減少させる。その結果、カソード21に供給される空気の量が減少することでスタック2の温度は上昇する。その後、スタック用温度センサ41でスタック2の温度の上昇が検知されると、空気用ブロワーコントローラ44は空気用ブロワー11を調整してカソード21に供給する空気の量を増加させる。このようにして、スタック2の温度を一定に保つことができる。
Next, in the solid oxide fuel cell system 1 of the present embodiment, the case where the
When the
このように構成された固体酸化物形燃料電池システム1においては、改質器3の温度が低下した場合はアノードオフガスブロワーコントローラ46と燃料ガス調整バルブコントローラ45とで改質器3の温度を一定に保つ制御を行い、スタック2の温度が低下した場合は空気用ブロワーコントローラ44でスタック2の温度を一定に保つ制御を行うことができる。そのため、本実施の形態の固体酸化物形燃料電池システムは、改質器の温度とスタックの温度とを独立に制御することが可能となり、発電量の変動を抑制することができる。
In the solid oxide fuel cell system 1 configured as described above, when the temperature of the
なお、本実施の形態の固体酸化物形燃料電池システムにおいて、アノードオフガスブロワー16はリサイクル経路36に設けられているが、燃焼器用経路35に設けられていてもよい。
In addition, in the solid oxide fuel cell system of the present embodiment, the
実施の形態2.
実施の形態1に係る固体酸化物形燃料電池システムにおいては、改質器の触媒の温度を改質器用温度センサで検出している。改質器の触媒は、燃焼器で生成される燃焼ガスで昇温される。そのため、改質器の触媒の温度は、燃焼ガスの温度の影響を受ける。実施の形態2に係る固体酸化物形燃料電池システムにおいては、触媒の温度を検出する替わりに燃焼ガスの温度を検出して制御するものである。
In the solid oxide fuel cell system according to Embodiment 1, the temperature of the reformer catalyst is detected by the reformer temperature sensor. The catalyst of the reformer is heated by the combustion gas produced by the combustor. Therefore, the temperature of the reformer catalyst is affected by the temperature of the combustion gas. In the solid oxide fuel cell system according to
図2は、本実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成図である。本実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池システム1は、実施の形態1の固体酸化物形燃料電池システムにおいて、改質器用温度センサに替えて燃焼器用温度センサ43を備えたものである。燃焼器用温度センサ43は、燃焼器4で生成される燃焼ガスの温度を検出する。燃料ガス調整バルブコントローラ45は、燃焼器用温度センサ43で測定される燃焼ガスの温度に基づいて、燃料ガス調整バルブ13を用いて燃料ガスの供給量を制御する。アノードオフガスブロワーコントローラ46は、燃焼器用温度センサ43で測定される燃焼ガスの温度に基づいて、アノードオフガスブロワー16を用いて燃焼器用経路35に流れるアノードオフガスとリサイクル経路36に流れるアノードオフガスとの配分比を制御する。
FIG. 2 is a configuration diagram of a solid oxide fuel cell system according to this embodiment. The solid oxide fuel cell system 1 according to the present embodiment includes a
このように動作する固体酸化物形燃料電池システム1において、燃焼器4の燃焼ガスの温度が最適な温度から低下したときの動作について説明する。燃焼ガスの温度が最適な温度から低下したときは、改質器3の触媒の温度も最適な温度から低下する。
燃焼器用温度センサ43で燃焼器4の燃焼ガスの温度の低下が検知される。アノードオフガスブロワーコントローラ46は、燃焼器用温度センサ43で燃焼ガスの温度の低下が検知されると、アノードオフガスブロワー16を調整して、燃焼器用経路35に流れるアノードオフガスの配分比を増加させる。燃焼器4では、燃焼器用経路35から供給されるアノードオフガスの増加によって燃焼ガスの温度が上昇する。燃焼ガスの温度の上昇によって触媒の温度も上昇する。しかし、リサイクル経路36に流れるアノードオフガスの配分比は低下する。そのため、リサイクル経路36を経由して改質器3に供給されるアノードオフガスが減少する。その結果、改質器3からアノード22に供給されるアノードガスが減少する恐れがある。
In the solid oxide fuel cell system 1 operating in this way, the operation when the temperature of the combustion gas in the combustor 4 drops from the optimum temperature will be described. When the temperature of the combustion gas drops from the optimum temperature, the temperature of the catalyst of the
A decrease in the temperature of the combustion gas in the combustor 4 is detected by the
本実施の形態の固体酸化物形燃料電池システム1においては、燃焼器用温度センサ43で燃焼ガスの温度の低下が検知されると、燃料ガス調整バルブコントローラ45が、燃料ガス調整バルブ13を調整して燃料ガスの供給量を増加させている。そのため、リサイクル経路36を経由して改質器3に供給されるアノードオフガスが減少した場合でも、アノードガスの減少を抑制することができる。
In the solid oxide fuel cell system 1 of the present embodiment, when the
その後、燃焼器用温度センサ43で燃焼ガスの温度の上昇が検知されると、アノードオフガスブロワーコントローラ46はアノードオフガスブロワー16を調整して、燃焼器用経路35に流れるアノードオフガスの配分比を低下させる。同時に燃料ガス調整バルブコントローラ45は、燃料ガス調整バルブ13を調整して燃料ガスの供給量を低下させる。このようにして改質器3からアノード22に供給されるアノードガスの量を一定に保つことができる。
Thereafter, when the
このような固体酸化物形燃料電池システム1においては、燃焼ガスの温度が低下してもアノードガスの量を一定に保つことができる。しかしながら、一時的ではあるがアノードガスが減少する場合がある。アノードガスが減少すると発電量が低下すると共に、アノードガスとの電気化学反応で消費されない空気が増加してスタック2の温度が低下する。従来の固体酸化物形燃料電池システムにおいては、スタックの温度が低下した場合、燃焼ガスの温度が上昇しない限りスタックの発電量は低下を続ける。その結果、スタックの発電量の変動が大きくなる。
In such a solid oxide fuel cell system 1, the amount of anode gas can be kept constant even if the temperature of the combustion gas drops. However, the anode gas may decrease, albeit temporarily. As the amount of anode gas decreases, the amount of power generated decreases, and the amount of air that is not consumed in the electrochemical reaction with the anode gas increases, resulting in a decrease in the temperature of the
次に、本実施の形態の固体酸化物形燃料電池システム1において、スタック用温度センサ41でスタック2の温度の低下が検知された場合について説明する。
空気用ブロワーコントローラ44は、スタック用温度センサ41でスタック2の温度の低下が検知されると、空気用ブロワー11を調整してカソード21に供給する空気の量を減少させる。その結果、カソード21に供給される空気の量が減少することでスタック2の温度は上昇する。その後、スタック用温度センサ41でスタック2の温度の上昇が検知されると、空気用ブロワーコントローラ44は空気用ブロワー11を調整してカソード21に供給する空気の量を増加させる。このようにして、スタック2の温度を一定に保つことができる。
Next, in the solid oxide fuel cell system 1 of the present embodiment, the case where the
When the
このように構成された固体酸化物形燃料電池システム1においては、燃焼ガスの温度が低下した場合はアノードオフガスブロワーコントローラ46と燃料ガス調整バルブコントローラ45とで燃焼ガスの温度を一定に保つ制御を行い、スタック2の温度が低下した場合は空気用ブロワーコントローラ44でスタック2の温度を一定に保つ制御を行うことができる。そのため、本実施の形態の固体酸化物形燃料電池システムは、実施の形態1と同様に、改質器の温度とスタックの温度とを独立に制御することが可能となり、発電量の変動を抑制することができる。
In the solid oxide fuel cell system 1 configured as described above, when the temperature of the combustion gas drops, the anode
実施の形態3.
図3は、実施の形態3に係る固体酸化物形燃料電池システムの構成図である。本実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池システム1は、実施の形態1の固体酸化物形燃料電池システムにスタック2の電圧を検出するスタック電圧センサ47が追加されている。スタック電圧センサ47で検出されたスタック電圧は、燃料ガス調整バルブコントローラ45に送られる。これ以外の本実施の形態の固体酸化物形燃料電池システム1の構成は、実施の形態1の固体酸化物形燃料電池システムの構成と同様である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a solid oxide fuel cell system according to
本実施の形態の固体酸化物形燃料電池システム1においては、スタック電圧センサ47でスタック電圧を検出し、スタック電圧の変化に応じてスタック2に供給するアノードガスを調整している。例えば、運転開始時は、スタック2の温度が600℃となるように燃料ガス調整バルブコントローラ45が燃料ガス調整バルブ13を調整する。経年劣化によってスタック電圧が低下したときは、燃料ガス調整バルブコントローラ45は燃料ガス調整バルブ13を調整してスタック2に送るアノードガスを増加させてスタック2での燃料利用率を下げる。スタック2での燃料利用率を下げることにより、スタックに加わる負荷を低減させることができる。
In the solid oxide fuel cell system 1 of the present embodiment, the stack voltage is detected by the
このように構成された固体酸化物形燃料電池システム1においては、実施の形態1と同様に発電量の変動を抑制することができると共に、スタック電圧を監視することでスタックの経年劣化の進行を抑制することができる。 In the solid oxide fuel cell system 1 configured in this way, fluctuations in the power generation amount can be suppressed in the same manner as in the first embodiment, and progress of aged deterioration of the stack can be prevented by monitoring the stack voltage. can be suppressed.
なお、本実施の形態の固体酸化物形燃料電池システムの構成は、実施の形態1の固体酸化物形燃料電池システムの構成にスタック2の電圧を検出するスタック電圧センサ47が追加されたものである。これに替えて、実施の形態2の固体酸化物形燃料電池システムの構成にスタック電圧センサ47が追加された構成でもよい。このように構成された固体酸化物形燃料電池システムにおいても、発電量の変動を抑制することができると共に、スタック電圧を監視することでスタックの経年劣化の進行を抑制することができる。
The configuration of the solid oxide fuel cell system of the present embodiment is the same as that of the solid oxide fuel cell system of the first embodiment except that a
本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、1つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独でまたは様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
While this application describes various exemplary embodiments and examples, various features, aspects, and functions described in one or more embodiments may apply to particular embodiment applications. The embodiments are applicable singly or in various combinations without limitation.
Accordingly, numerous variations not illustrated are envisioned within the scope of the technology disclosed herein. For example, modification, addition or omission of at least one component, extraction of at least one component, and combination with components of other embodiments shall be included.
1 固体酸化物形燃料電池システム、2 スタック、3 改質器、4 燃焼器、5 脱硫器、11 空気用ブロワー、12、14、17 熱交換器、13 燃料ガス調整バルブ、15 凝縮器、16 アノードオフガスブロワー、21 カソード、22 アノード、23 電解質、31 空気、32 純水、33 燃料ガス、34 水蒸気供給経路、35 燃焼器用経路、36 リサイクル経路、37 アノードオフガス経路、41 スタック用温度センサ、42 改質器用温度センサ、43 燃焼器用温度センサ、44 空気用ブロワーコントローラ、45 燃料ガス調整バルブコントローラ、46 アノードオフガスブロワーコントローラ、47 スタック電圧センサ。
1 solid oxide fuel cell system, 2 stack, 3 reformer, 4 combustor, 5 desulfurizer, 11 air blower, 12, 14, 17 heat exchanger, 13 fuel gas control valve, 15 condenser, 16
Claims (3)
燃料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含むアノードガスを生成する改質器と、
前記改質器の触媒を加熱するための燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記アノードガスを前記アノードに供給するために前記燃料ガスの流量を調整する燃料ガス調整バルブと、
前記カソードに供給される空気の流量を調整する空気用ブロワーと、
前記アノードから排出されたアノードオフガスを前記改質器に供給するリサイクル経路と前記アノードオフガスを前記燃焼器に供給する燃焼器用経路とに分岐したアノードオフガス経路と、
前記アノードオフガス経路に設けられ、前記リサイクル経路を流れる前記アノードオフガスと前記燃焼器用経路を流れる前記アノードオフガスとの配分比を調整するアノードオフガスブロワーと、
前記改質器の前記触媒の温度を検出する改質器用温度センサと、
前記スタックの温度を検出するスタック用温度センサとを備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記空気用ブロワーは、前記スタック用温度センサで検出された前記スタックの温度に基づいて前記カソードに供給される前記空気の流量を調整し、前記アノードオフガスブロワーは、前記改質器用温度センサで検出された前記触媒の温度に基づいて前記リサイクル経路を流れる前記アノードオフガスと前記燃焼器用経路を流れる前記アノードオフガスとの配分比を調整し、前記燃料ガス調整バルブは、前記改質器用温度センサで検出された前記触媒の温度に基づいて前記燃料ガスの流量を調整することを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。 a stack comprising an anode, an electrolyte and a cathode;
a reformer that reacts the fuel gas and water vapor to produce an anode gas containing hydrogen;
a combustor that generates combustion gas for heating the catalyst of the reformer;
a fuel gas regulating valve for regulating the flow rate of the fuel gas to supply the anode gas to the anode;
an air blower for adjusting the flow rate of air supplied to the cathode;
an anode off-gas path branched into a recycling path for supplying the anode off-gas discharged from the anode to the reformer and a combustor path for supplying the anode off-gas to the combustor;
an anode off-gas blower provided in the anode off-gas path for adjusting a distribution ratio between the anode off-gas flowing through the recycling path and the anode off-gas flowing through the combustor path;
a reformer temperature sensor that detects the temperature of the catalyst of the reformer;
A solid oxide fuel cell system comprising a stack temperature sensor that detects the temperature of the stack,
The air blower adjusts the flow rate of the air supplied to the cathode based on the temperature of the stack detected by the stack temperature sensor, and the anode offgas blower is detected by the reformer temperature sensor. The fuel gas adjustment valve adjusts the distribution ratio between the anode off-gas flowing through the recycling path and the anode off-gas flowing through the combustor path based on the temperature of the catalyst that has been determined, and the fuel gas adjustment valve is detected by the reformer temperature sensor. a solid oxide fuel cell system, wherein the flow rate of the fuel gas is adjusted based on the temperature of the catalyst.
燃料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含むアノードガスを生成する改質器と、
前記改質器の触媒を加熱するための燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記アノードガスを前記アノードに供給するために前記燃料ガスの流量を調整する燃料ガス調整バルブと、
前記カソードに供給される空気の流量を調整する空気用ブロワーと、
前記アノードから排出されたアノードオフガスを前記改質器に供給するリサイクル経路と前記アノードオフガスを前記燃焼器に供給する燃焼器用経路とに分岐したアノードオフガス経路と、
前記アノードオフガス経路に設けられ、前記リサイクル経路を流れる前記アノードオフガスと前記燃焼器用経路を流れる前記アノードオフガスとの配分比を調整するアノードオフガスブロワーと、
前記燃焼器の前記燃焼ガスの温度を検出する燃焼器用温度センサと、
前記スタックの温度を検出するスタック用温度センサとを備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記空気用ブロワーは、前記スタック用温度センサで検出された前記スタックの温度に基づいて前記カソードに供給される前記空気の流量を調整し、前記アノードオフガスブロワーは、前記燃焼器用温度センサで検出された前記燃焼ガスの温度に基づいて前記リサイクル経路を流れる前記アノードオフガスと前記燃焼器用経路を流れる前記アノードオフガスとの配分比を調整し、前記燃料ガス調整バルブは、前記燃焼器用温度センサで検出された前記燃焼ガスの温度に基づいて前記燃料ガスの流量を調整することを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。 a stack comprising an anode, an electrolyte and a cathode;
a reformer that reacts the fuel gas and water vapor to produce an anode gas containing hydrogen;
a combustor that generates combustion gas for heating the catalyst of the reformer;
a fuel gas regulating valve for regulating the flow rate of the fuel gas to supply the anode gas to the anode;
an air blower for adjusting the flow rate of air supplied to the cathode;
an anode off-gas path branched into a recycling path for supplying the anode off-gas discharged from the anode to the reformer and a combustor path for supplying the anode off-gas to the combustor;
an anode off-gas blower provided in the anode off-gas path for adjusting a distribution ratio between the anode off-gas flowing through the recycling path and the anode off-gas flowing through the combustor path;
a combustor temperature sensor that detects the temperature of the combustion gas in the combustor;
A solid oxide fuel cell system comprising a stack temperature sensor that detects the temperature of the stack,
The air blower adjusts the flow rate of the air supplied to the cathode based on the temperature of the stack detected by the stack temperature sensor, and the anode offgas blower is detected by the combustor temperature sensor. The distribution ratio between the anode off-gas flowing through the recycling path and the anode off-gas flowing through the combustor path is adjusted based on the temperature of the combustion gas obtained, and the fuel gas adjustment valve is detected by the combustor temperature sensor. and adjusting the flow rate of the fuel gas based on the temperature of the combustion gas.
前記燃料ガス調整バルブは、前記スタック電圧センサで検出された前記スタックの電圧に基づいて前記燃料ガスの流量を調整することを特徴とする請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池システム。 further comprising a stack voltage sensor that detects the voltage of the stack;
3. The solid oxide fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel gas adjustment valve adjusts the flow rate of the fuel gas based on the voltage of the stack detected by the stack voltage sensor. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021183803A JP2023071203A (en) | 2021-11-11 | 2021-11-11 | Solid oxide fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021183803A JP2023071203A (en) | 2021-11-11 | 2021-11-11 | Solid oxide fuel cell system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023071203A true JP2023071203A (en) | 2023-05-23 |
Family
ID=86409887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021183803A Pending JP2023071203A (en) | 2021-11-11 | 2021-11-11 | Solid oxide fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023071203A (en) |
-
2021
- 2021-11-11 JP JP2021183803A patent/JP2023071203A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102171743B1 (en) | Improved fuel cell systems and methods | |
WO2014132555A1 (en) | Fuel cell device and fuel cell system | |
KR20140114907A (en) | Method and arrangement for utilizing recirculation for high temperature fuel cell system | |
EP3627603B1 (en) | Fuel cell system and method for operating the same, and electrochemical system and method for operating the same | |
JP2017050049A (en) | Fuel battery system | |
JP5794206B2 (en) | Fuel cell system | |
JP6721363B2 (en) | Fuel cell system and operating method thereof | |
JP5289361B2 (en) | Fuel cell system and current control method thereof | |
JP4727642B2 (en) | Operation method of hydrogen production power generation system | |
US8328886B2 (en) | Fuel processor having temperature control function for co shift reactor and method of operating the fuel processor | |
JP2023071203A (en) | Solid oxide fuel cell system | |
JP2007200771A (en) | Reforming catalyst temperature control system and control method of fuel cell power generator | |
KR100778207B1 (en) | Fuel cell system using waste heat of power conditioning system | |
JP2007026998A (en) | Fuel cell temperature control method for fused carbonate type fuel cell power generator, and device for the same | |
US8383278B2 (en) | Fuel cell system and operating method thereof | |
JP2008226602A (en) | Temperature control system of reformer in fuel cell device | |
JP2019021578A (en) | Fuel cell system | |
JP2018010763A (en) | Fuel cell system | |
JP2009117170A (en) | Hydrogen and power generating system, and load following power generation method therein | |
JP2022031103A (en) | Fuel cell system | |
JP2009238623A (en) | Solid oxide fuel cell power generation system and its operation control method | |
KR20210083030A (en) | Fuel cell system for building | |
JP4872760B2 (en) | Operation control method and apparatus for fuel processor | |
JP2012518887A (en) | Improved fuel compatibility arrangement in high temperature fuel cell systems | |
JP5659868B2 (en) | Fuel cell system |