JP2023085982A - fuel cell system - Google Patents

fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2023085982A
JP2023085982A JP2021200335A JP2021200335A JP2023085982A JP 2023085982 A JP2023085982 A JP 2023085982A JP 2021200335 A JP2021200335 A JP 2021200335A JP 2021200335 A JP2021200335 A JP 2021200335A JP 2023085982 A JP2023085982 A JP 2023085982A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
fuel cell
reformed gas
ammonia
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021200335A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
智紀 長瀬
Tomonori Nagase
文宏 永滝
Fumihiro NAGATAKI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisan Industry Co Ltd
Original Assignee
Aisan Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisan Industry Co Ltd filed Critical Aisan Industry Co Ltd
Priority to JP2021200335A priority Critical patent/JP2023085982A/en
Publication of JP2023085982A publication Critical patent/JP2023085982A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

To provide a technique that can reduce the concentration of ammonia included in reformed gas while reducing the amount of heating in a reformer.SOLUTION: A fuel cell system comprises: a reformer that reforms raw material gas to generate reformed gas; a heating part that heats the raw material gas in the reformer; a gas passage through which the reformed gas generated by the reformer passes; a temperature sensor that detects the temperature of the reformed gas passing through the gas passage; a fuel cell that generates electric power using fuel gas generated by removing ammonia from the reformed gas passing through the gas passage; and a control part that controls the amount of heating by the heating part in accordance with the concentration of ammonia included in the reformed gas estimated from a detected temperature from the temperature sensor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書に開示する技術は、燃料電池システムに関する。 The technology disclosed herein relates to a fuel cell system.

特許文献1に燃料電池システムが開示されている。特許文献1の燃料電池システムは、原料ガスを改質することにより改質ガス(水素含有ガス)を生成する改質器と、改質器を加熱する燃焼器と、改質器により生成された改質ガスに含まれるアンモニアを除去するアンモニア除去器と、アンモニア除去器から排出される改質ガスを用いて発電する燃料電池と、アンモニア除去器によりアンモニアを除去した後の改質ガスの温度を検出する温度検知器センサとを備えている。燃焼器は、アンモニア除去器から排出されるガス及び燃料電池から排出されるオフガスを燃焼させて改質器を加熱する。特許文献1の燃料電池システムでは、制御器が、温度センサにより検出された改質ガスの温度が所定の閾値以上であるときに、改質器から燃料電池への改質ガスの供給を開始する。 Patent document 1 discloses a fuel cell system. The fuel cell system of Patent Document 1 includes a reformer that generates a reformed gas (hydrogen-containing gas) by reforming a raw material gas, a combustor that heats the reformer, and a An ammonia remover that removes ammonia contained in the reformed gas, a fuel cell that generates electricity using the reformed gas discharged from the ammonia remover, and a temperature of the reformed gas after ammonia is removed by the ammonia remover. and a temperature detector sensor to detect. The combustor burns the gas discharged from the ammonia remover and the off-gas discharged from the fuel cell to heat the reformer. In the fuel cell system of Patent Document 1, the controller starts supplying the reformed gas from the reformer to the fuel cell when the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor is equal to or higher than a predetermined threshold. .

国際公開第2011/158495号WO2011/158495

燃料電池システムでは、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度が高いと、燃料電池の発電効率が低下することがある。また、改質器における加熱量が大きいと、エネルギー消費が大きくなり、システム全体の効率が低下することがある。そこで本明細書は、改質器における加熱量を抑制しつつ改質ガスに含まれるアンモニアの濃度を抑制することができる技術を提供する。 In a fuel cell system, if the concentration of ammonia contained in the reformed gas is high, the power generation efficiency of the fuel cell may decrease. In addition, if the amount of heating in the reformer is large, the energy consumption becomes large, and the efficiency of the whole system may be lowered. Accordingly, the present specification provides a technique capable of suppressing the concentration of ammonia contained in the reformed gas while suppressing the amount of heating in the reformer.

本明細書に開示する燃料電池システムは、原料ガスを改質することにより改質ガスを生成する改質器と、前記改質器において前記原料ガスを加熱する加熱部と、前記改質器により生成された前記改質ガスが通過するガス通路と、前記ガス通路を通過する前記改質ガスの温度を検出する温度センサと、前記ガス通路を通過した前記改質ガスからアンモニアが除去されることにより生成される燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、前記温度センサの検出温度から推定される前記改質ガスに含まれるアンモニアの濃度に応じて前記加熱部による加熱量を制御する制御部とを備えている。 The fuel cell system disclosed in the present specification includes a reformer that reforms a raw material gas to produce a reformed gas, a heating unit that heats the raw material gas in the reformer, and a gas passage through which the generated reformed gas passes; a temperature sensor that detects the temperature of the reformed gas passing through the gas passage; and removing ammonia from the reformed gas that has passed through the gas passage. a fuel cell that generates electricity using the fuel gas generated by the above; and a control unit that controls the amount of heating by the heating unit according to the concentration of ammonia contained in the reformed gas estimated from the temperature detected by the temperature sensor. It has

上記の構成によれば、改質器における加熱量を抑制しつつ改質ガスに含まれるアンモニアの濃度を抑制することができる。例えば、温度センサの検出温度から推定されるアンモニアの濃度が高い場合は、改質器においてアンモニアの分解が促進されていない状況であると推定される。この場合は、加熱部による加熱量を増量することにより、アンモニアの分解を促進することができ、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度を抑制することができる。また、温度センサの検出温度から推定されるアンモニアの濃度が低い場合は、改質器においてアンモニアの分解が促進されている状況であると推定される。この場合は、加熱部による加熱量を減量することができる。アンモニアの分解が促進されていないときだけ加熱量を増量すればよいので、改質器における加熱量を抑制することができる。 According to the above configuration, it is possible to suppress the concentration of ammonia contained in the reformed gas while suppressing the heating amount in the reformer. For example, when the concentration of ammonia estimated from the temperature detected by the temperature sensor is high, it is estimated that the decomposition of ammonia is not promoted in the reformer. In this case, the decomposition of ammonia can be promoted by increasing the amount of heating by the heating unit, and the concentration of ammonia contained in the reformed gas can be suppressed. Further, when the concentration of ammonia estimated from the temperature detected by the temperature sensor is low, it is estimated that the decomposition of ammonia is promoted in the reformer. In this case, the amount of heating by the heating unit can be reduced. Since the amount of heating needs to be increased only when the decomposition of ammonia is not promoted, the amount of heating in the reformer can be suppressed.

燃料電池システムは、前記ガス通路を通過する前記改質ガスの圧力を検出する圧力センサを更に備えてもよい。前記制御部は、前記温度センサの検出温度および前記圧力センサの検出圧力から推定される前記改質ガスに含まれるアンモニアの濃度に応じて前記加熱部による加熱量を制御してもよい。 The fuel cell system may further include a pressure sensor that detects pressure of the reformed gas passing through the gas passage. The control unit may control the amount of heating by the heating unit according to the concentration of ammonia contained in the reformed gas estimated from the temperature detected by the temperature sensor and the pressure detected by the pressure sensor.

この構成によれば、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度が温度センサの検出温度および圧力センサの検出圧力から推定されるので推定精度が向上する。これにより、加熱部による加熱量を精度良く制御することができる。 According to this configuration, the concentration of ammonia contained in the reformed gas is estimated from the temperature detected by the temperature sensor and the pressure detected by the pressure sensor, thereby improving the estimation accuracy. Thereby, the amount of heating by the heating unit can be controlled with high accuracy.

前記制御部は、前記改質ガスに含まれるアンモニアの濃度が所定の第1閾値以上であると推定される場合に、前記加熱部による加熱量を増量してもよい。 The control unit may increase the amount of heating by the heating unit when the concentration of ammonia contained in the reformed gas is estimated to be equal to or higher than a predetermined first threshold.

この構成によれば、アンモニアの濃度が高いときに加熱量を増量することにより、アンモニアの分解を促進することができ、アンモニアの濃度を低下させることができる。 According to this configuration, by increasing the amount of heating when the concentration of ammonia is high, the decomposition of ammonia can be promoted and the concentration of ammonia can be reduced.

前記制御部は、前記改質ガスに含まれるアンモニアの濃度が所定の第2閾値未満であると推定される場合に、前記加熱部による加熱量を減量してもよい。前記第2閾値は、前記第1閾値未満の値であってもよい。 The control unit may reduce the amount of heating by the heating unit when the concentration of ammonia contained in the reformed gas is estimated to be less than a predetermined second threshold. The second threshold may be a value less than the first threshold.

この構成によれば、アンモニアの濃度が低いときに加熱量を減量することにより、不要な加熱を抑制することができる。 According to this configuration, unnecessary heating can be suppressed by reducing the heating amount when the concentration of ammonia is low.

前記加熱部は、ジュール熱により前記原料ガスを加熱する第1加熱器を備えてもよい。この構成によれば、加熱部による加熱量を精度良く制御することができる。 The heating unit may include a first heater that heats the raw material gas by Joule heat. According to this configuration, it is possible to accurately control the amount of heating by the heating unit.

前記加熱部は、前記改質器により生成された前記改質ガスの熱により前記原料ガスを加熱する第2加熱器を備えてもよい。この構成によれば、改質ガスの熱を有効利用することにより、原料ガスを加熱することができる。 The heating unit may include a second heater that heats the raw material gas with heat of the reformed gas generated by the reformer. According to this configuration, the raw material gas can be heated by effectively utilizing the heat of the reformed gas.

前記加熱部は、前記燃料電池から排出された排ガスの熱により前記原料ガスを加熱する第3加熱器を備えてもよい。この構成によれば、燃料電池の排ガスの熱を有効利用することにより、原料ガスを加熱することができる。 The heating unit may include a third heater that heats the raw material gas with heat of exhaust gas discharged from the fuel cell. According to this configuration, the raw material gas can be heated by effectively utilizing the heat of the exhaust gas from the fuel cell.

燃料電池システムは、前記ガス通路を通過した前記改質ガスからアンモニアを除去することにより前記燃料ガスを生成する除去器を更に備えてもよい。 The fuel cell system may further include a remover that removes ammonia from the reformed gas that has passed through the gas passage to generate the fuel gas.

この構成によれば、アンモニアの濃度が低い良質な燃料ガスを燃料電池に供給することができる。また、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度を抑制することができる構成であれば、除去器が除去するアンモニアの量を抑制することができるので、除去器の負荷を軽減することができる。 According to this configuration, it is possible to supply the fuel cell with good quality fuel gas with a low concentration of ammonia. Further, if the structure can suppress the concentration of ammonia contained in the reformed gas, the amount of ammonia removed by the remover can be suppressed, so the load on the remover can be reduced.

実施例1の燃料電池システムを模式的に示す図。1 is a diagram schematically showing the fuel cell system of Example 1. FIG. 実施例1のアンモニア濃度関係情報を示すテーブル。4 is a table showing ammonia concentration relation information of Example 1; 実施例1の加熱量制御処理のフローチャート。4 is a flowchart of heating amount control processing in the first embodiment; 実施例1の加熱量制御処理のタイムチャート。4 is a time chart of heating amount control processing of the first embodiment; 実施例2の燃料電池システムを模式的に示す図。FIG. 4 is a diagram schematically showing a fuel cell system of Example 2; 実施例2の加熱量制御処理のフローチャート。10 is a flowchart of heating amount control processing according to the second embodiment; 変形例のアンモニア濃度関係情報を示すテーブル。The table which shows the ammonia concentration relationship information of a modification.

(実施例1)
実施例1の燃料電池システム2について図面を参照して説明する。図1に示すように、実施例1の燃料電池システム2は、原料タンク10と、気化器20と、改質器12と、除去器14と、燃料電池16と、制御部50とを備えている。
(Example 1)
A fuel cell system 2 of Example 1 will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 2 of Example 1 includes a raw material tank 10, a vaporizer 20, a reformer 12, a remover 14, a fuel cell 16, and a controller 50. there is

原料タンク10は、原料としての液体アンモニアを貯蔵している。原料タンク10には、液体アンモニアが流通する液体供給路70が接続されている。液体供給路70は、上流端が原料タンク10に接続されており、下流端が気化器20に接続されている。液体供給路70を通じて原料タンク10から気化器20に液体アンモニアが供給される。液体供給路70には、液体供給路70の上流側から下流側へ液体アンモニアを圧送するポンプ72が設けられている。 The raw material tank 10 stores liquid ammonia as a raw material. A liquid supply path 70 through which liquid ammonia flows is connected to the raw material tank 10 . The liquid supply path 70 has an upstream end connected to the raw material tank 10 and a downstream end connected to the vaporizer 20 . Liquid ammonia is supplied from the raw material tank 10 to the vaporizer 20 through the liquid supply path 70 . The liquid supply path 70 is provided with a pump 72 that pressure-feeds the liquid ammonia from the upstream side of the liquid supply path 70 to the downstream side.

気化器20は、液体供給路70により供給される液体アンモニアを加熱することにより気化させる。これにより、原料ガスとしての気体アンモニアが生成される。気化器20には、原料ガス(気体アンモニア)が流通する原料ガス供給路60が接続されている。原料ガス供給路60は、上流端が気化器20に接続されており、下流端が改質器12に接続されている。原料ガス供給路60を通じて気化器20から改質器12に原料ガスが供給される。 The vaporizer 20 heats and vaporizes the liquid ammonia supplied through the liquid supply path 70 . As a result, gaseous ammonia is generated as a raw material gas. The vaporizer 20 is connected to a raw material gas supply path 60 through which raw material gas (gaseous ammonia) flows. The source gas supply path 60 has an upstream end connected to the vaporizer 20 and a downstream end connected to the reformer 12 . The raw material gas is supplied from the vaporizer 20 to the reformer 12 through the raw material gas supply path 60 .

改質器12は、原料ガス供給路60により供給される原料ガス(気体アンモニア)を改質することにより改質ガスを生成する。原料ガスの改質のために用いられる触媒は、例えば、銅、ニッケル、ルテニウム等である。改質ガスには、原料ガスの改質により生成される水素が含まれる。また、改質ガスには、未分解のアンモニアが含まれる。改質ガスに含まれるアンモニアの濃度は、改質の進行状態によって変動する。 The reformer 12 reforms the raw material gas (gaseous ammonia) supplied through the raw material gas supply path 60 to generate a reformed gas. Catalysts used for reforming the raw material gas are, for example, copper, nickel, ruthenium, and the like. The reformed gas contains hydrogen generated by reforming the raw material gas. In addition, the reformed gas contains undecomposed ammonia. The concentration of ammonia contained in the reformed gas fluctuates depending on the progress of reforming.

改質器12は、原料ガスの改質中に原料ガスを加熱する第1加熱器40(加熱部の一例)を備えている。第1加熱器40は、改質器12において原料ガスの温度を上昇させる。第1加熱器40は、例えば、電気式またはガス式の構成である。本実施例の第1加熱器40は、通電により発熱する電気ヒーターである。第1加熱器40(電気ヒーター)は、電源がオンのときにジュール熱により加熱対象を加熱し、電源がオフのときに加熱対象を加熱しない。第1加熱器40による加熱量は、制御部50により制御される。変形例では、第1加熱器40は、ガスの燃焼熱により加熱対象を加熱するガスバーナーであってもよい。 The reformer 12 includes a first heater 40 (an example of a heating section) that heats the raw material gas during reforming of the raw material gas. The first heater 40 raises the temperature of the source gas in the reformer 12 . The first heater 40 is, for example, of an electric or gas configuration. The first heater 40 of this embodiment is an electric heater that generates heat when energized. The first heater 40 (electric heater) heats the object to be heated by Joule heat when the power is on, and does not heat the object to be heated when the power is off. The amount of heating by the first heater 40 is controlled by the controller 50 . In a modification, the first heater 40 may be a gas burner that heats an object to be heated by combustion heat of gas.

改質器12には、改質ガスが流通する改質ガス供給路62(ガス通路の一例)が接続されている。改質ガス供給路62は、上流端が改質器12に接続されており、下流端が除去器14に接続されている。改質ガス供給路62を通じて改質器12から除去器14に改質ガスが供給される。 A reformed gas supply passage 62 (an example of a gas passage) through which the reformed gas flows is connected to the reformer 12 . The reformed gas supply path 62 is connected to the reformer 12 at its upstream end and to the remover 14 at its downstream end. The reformed gas is supplied from the reformer 12 to the remover 14 through the reformed gas supply passage 62 .

改質ガス供給路62には熱交換器22が設けられている。改質器12と除去器14の間に熱交換器22が設けられている。熱交換器22は、改質ガス供給路62を通過する改質ガスと外部の流体との熱交換により改質ガスを冷却する。熱交換器22は、改質器12から除去器14に供給される改質ガスの温度を低下させる。熱交換器22の構造は特に限定されないが、例えば、熱交換用のフィン等を備えていてもよい。 A heat exchanger 22 is provided in the reformed gas supply path 62 . A heat exchanger 22 is provided between the reformer 12 and the remover 14 . The heat exchanger 22 cools the reformed gas by exchanging heat between the reformed gas passing through the reformed gas supply passage 62 and an external fluid. The heat exchanger 22 reduces the temperature of the reformed gas supplied from the reformer 12 to the remover 14 . Although the structure of the heat exchanger 22 is not particularly limited, it may include, for example, fins for heat exchange.

改質ガス供給路62には温度センサ30設けられている。温度センサ30は、改質器12と熱交換器22の間に設けられている。温度センサ30は、改質器12から排出される改質ガスの温度を検出する。温度センサ30は、熱交換器22よりも上流側において、改質ガス供給路62を通過する改質ガスの温度を検出する。温度センサ30は、除去器14によりアンモニアが除去される前、かつ、熱交換器22より熱交換される前の改質ガスの温度を検出する。温度センサ30の検出温度の情報は、制御部50に送信される。 A temperature sensor 30 is provided in the reformed gas supply path 62 . A temperature sensor 30 is provided between the reformer 12 and the heat exchanger 22 . A temperature sensor 30 detects the temperature of the reformed gas discharged from the reformer 12 . The temperature sensor 30 detects the temperature of the reformed gas passing through the reformed gas supply passage 62 upstream of the heat exchanger 22 . The temperature sensor 30 detects the temperature of the reformed gas before ammonia is removed by the remover 14 and before heat is exchanged by the heat exchanger 22 . Information on the temperature detected by the temperature sensor 30 is transmitted to the control unit 50 .

また、改質ガス供給路62には圧力センサ32が設けられている。圧力センサ32は、改質器12と熱交換器22の間に設けられている。圧力センサ32は、改質器12から排出される改質ガスの圧力を検出する。圧力センサ32は、熱交換器22よりも上流側において、改質ガス供給路62を通過する改質ガスの圧力を検出する。圧力センサ32は、除去器14によりアンモニアが除去される前、かつ、熱交換器22より熱交換される前の改質ガスの圧力を検出する。圧力センサ32の検出圧力の情報は、制御部50に送信される。 A pressure sensor 32 is provided in the reformed gas supply path 62 . A pressure sensor 32 is provided between the reformer 12 and the heat exchanger 22 . A pressure sensor 32 detects the pressure of the reformed gas discharged from the reformer 12 . The pressure sensor 32 detects the pressure of the reformed gas passing through the reformed gas supply passage 62 upstream of the heat exchanger 22 . The pressure sensor 32 detects the pressure of the reformed gas before ammonia is removed by the remover 14 and before heat is exchanged by the heat exchanger 22 . Information on the pressure detected by the pressure sensor 32 is transmitted to the control unit 50 .

除去器14は、改質ガス供給路62により供給される改質ガスに含まれるアンモニアを吸着剤によって吸着することにより、改質ガスからアンモニアを除去する。これにより、アンモニアの濃度が低くされた燃料ガスが生成される。アンモニアの吸着のために用いられる吸着剤は、例えば、活性炭、ゼオライト、MOF(Metal Organic Framework)等である。例えば、除去器14の容器の内部に吸着剤が充填されている。 The remover 14 removes ammonia from the reformed gas by adsorbing the ammonia contained in the reformed gas supplied through the reformed gas supply path 62 with an adsorbent. As a result, fuel gas with a reduced ammonia concentration is produced. Adsorbents used for adsorption of ammonia are, for example, activated carbon, zeolite, MOF (Metal Organic Framework), and the like. For example, the interior of the container of the remover 14 is filled with an adsorbent.

除去器14には、燃料ガスが流通する燃料ガス供給路64が接続されている。燃料ガス供給路64は、上流端が除去器14に接続されており、下流端が燃料電池16に接続されている。燃料ガス供給路64を通じて除去器14から燃料電池16に燃料ガスが供給される。 A fuel gas supply passage 64 through which fuel gas flows is connected to the remover 14 . The fuel gas supply path 64 has an upstream end connected to the remover 14 and a downstream end connected to the fuel cell 16 . Fuel gas is supplied from the remover 14 to the fuel cell 16 through the fuel gas supply passage 64 .

燃料電池16には、燃料ガス供給路64の他に、空気が流通する空気供給路68が接続されている。空気供給路68は、上流端が空気供給源(図示省略)に接続されており、下流端が燃料電池16に接続されている。空気供給路68を通じて空気供給源から燃料電池16に空気が供給される。なお、空気供給路68の上流端は外気に開放されていてもよい。 In addition to the fuel gas supply path 64, the fuel cell 16 is connected to an air supply path 68 through which air flows. The air supply path 68 has an upstream end connected to an air supply source (not shown) and a downstream end connected to the fuel cell 16 . Air is supplied from an air supply source to the fuel cell 16 through an air supply passage 68 . Note that the upstream end of the air supply path 68 may be open to the outside air.

燃料電池16は、燃料ガス供給路64により供給される燃料ガスと、空気供給路68により供給される空気とを用いて発電する。燃料電池16は、例えば、容器の内部に積み重ねられた複数の電池セル(図示省略)を備えており、各電池セルが、燃料ガスに含まれる水素と、空気に含まれる酸素との化学反応により発電する。電池セルは、例えば、固体酸化物形燃料電池(SOFC(Solid Oxide Fuel Cell))や固体高分子形燃料電池(PEFC(Polymer Electrolyte Fuel Cell))であるが、これらに限定されない。燃料ガスを用いて発電する燃料電池16では、発電の際に未反応の燃料ガスが排ガスとして排出される。 The fuel cell 16 generates electricity using the fuel gas supplied through the fuel gas supply path 64 and the air supplied through the air supply path 68 . The fuel cell 16 includes, for example, a plurality of battery cells (not shown) stacked inside a container. Generate electricity. The battery cell is, for example, a solid oxide fuel cell (SOFC) or a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), but is not limited to these. In the fuel cell 16 that generates power using fuel gas, unreacted fuel gas is discharged as exhaust gas during power generation.

燃料電池16には、排ガスが流通する排ガス路66が接続されている。排ガス路66は、上流端が燃料電池16に接続されており、下流端が外部の排出先(図示省略)に接続されている。排ガス路66を通じて燃料電池16から排出先に排ガスが排出される。 An exhaust gas passage 66 through which exhaust gas flows is connected to the fuel cell 16 . The exhaust gas passage 66 has an upstream end connected to the fuel cell 16 and a downstream end connected to an external discharge destination (not shown). Exhaust gas is discharged from the fuel cell 16 to the discharge destination through the exhaust gas passage 66 .

制御部50は、例えば、CPU(図示省略)と、記憶部52(例えば、ROMやRAM)とを備えており、記憶部52に記憶されているプログラムに従って、燃料電池システム2に関する様々な制御や処理を実行する。 The control unit 50 includes, for example, a CPU (not shown) and a storage unit 52 (for example, ROM and RAM), and performs various controls and operations related to the fuel cell system 2 according to programs stored in the storage unit 52. Execute the process.

制御部50の記憶部52には、アンモニア濃度関係情報が記憶されている。図2は、アンモニア濃度関係情報の一例を示すテーブルである。図2に示すように、アンモニア濃度関係情報は、温度(横軸)および圧力(縦軸)と、アンモニアの濃度(例えば、80%、25%、・・・)との関係を示す。アンモニア濃度関係情報における温度(横軸(例えば、100℃、200℃、・・・))は、改質ガス供給路62に設けられた温度センサ30によって検出される改質ガスの温度に対応する。アンモニア濃度関係情報における圧力(縦軸(例えば、0kPa、100kPa、・・・))は、改質ガス供給路62に設けられた圧力センサ32によって検出される改質ガスの圧力に対応する。アンモニア濃度関係情報におけるアンモニア濃度(例えば、80%、25%、・・・)は、改質ガス供給路62を通過する改質ガスに含まれるアンモニアの濃度に対応する。アンモニア濃度関係情報は、例えば、予め実験や解析に基づいて作成されている。アンモニア濃度関係情報は、図2に示すテーブルに限られず、例えば、グラフや関数で示されていてもよい。制御部50は、温度センサ30の検出温度と、圧力センサ32の検出圧力と、アンモニア濃度関係情報とに基づいて、改質ガス供給路62を通過する改質ガスに含まれるアンモニアの濃度を推定する。例えば、温度センサ30の検出温度が100℃であり、圧力センサ32の検出圧力が0kPaである場合、制御部50は、アンモニア濃度関係情報に基づいて、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度を80%と推定する。 The storage unit 52 of the control unit 50 stores ammonia concentration related information. FIG. 2 is a table showing an example of ammonia concentration related information. As shown in FIG. 2, the ammonia concentration relationship information indicates the relationship between temperature (horizontal axis) and pressure (vertical axis) and ammonia concentration (eg, 80%, 25%, . . . ). The temperature (horizontal axis (eg, 100° C., 200° C., . . The pressure (vertical axis (eg, 0 kPa, 100 kPa, . . . )) in the ammonia concentration relationship information corresponds to the reformed gas pressure detected by the pressure sensor 32 provided in the reformed gas supply passage 62 . The ammonia concentration (for example, 80%, 25%, . The ammonia concentration related information is created in advance based on experiments and analyses, for example. The ammonia concentration relation information is not limited to the table shown in FIG. 2, and may be represented by graphs or functions, for example. The control unit 50 estimates the concentration of ammonia contained in the reformed gas passing through the reformed gas supply passage 62 based on the temperature detected by the temperature sensor 30, the pressure detected by the pressure sensor 32, and the ammonia concentration relation information. do. For example, when the temperature detected by the temperature sensor 30 is 100° C. and the pressure detected by the pressure sensor 32 is 0 kPa, the control unit 50 adjusts the concentration of ammonia contained in the reformed gas to 80° C. based on the ammonia concentration relationship information. %.

(加熱量制御処理;図3、図4)
次に、実施例1の加熱量制御処理について説明する。加熱量制御処理は、例えば、改質器12の始動指示がある場合に開始される。加熱量制御処理が開始される時点では、改質器12に設けられている第1加熱器40(電気ヒーター)はオフの状態である。図3に示すように、加熱量制御処理のS10では、制御部50が、アンモニア濃度関係情報(図2参照)により推定される改質ガスに含まれるアンモニアの濃度が所定の第1閾値Th1(例えば、50%)以上であるか否かを判断する。S10でのアンモニア濃度は、温度センサ30の検出温度と、圧力センサ32の検出圧力と、アンモニア濃度関係情報(図2参照)とに基づいて特定される。所定の第1閾値Th1は、所定の濃度許容値Ta(例えば、60%)未満の値である(図4参照)。所定の濃度許容値Taは、例えば、除去器14のアンモニア除去能力に応じて設定される。S10でアンモニアの濃度が第1閾値Th1以上であると判断される場合(YESの場合)、処理はS12に進む。S10でアンモニアの濃度が第1閾値Th1未満であると判断される場合(NOの場合)、処理は待機する。
(Heating amount control process; Figs. 3 and 4)
Next, the heating amount control process of the first embodiment will be described. The heating amount control process is started, for example, when there is an instruction to start the reformer 12 . When the heating amount control process is started, the first heater 40 (electric heater) provided in the reformer 12 is off. As shown in FIG. 3, in S10 of the heating amount control process, the control unit 50 sets the concentration of ammonia contained in the reformed gas estimated by the ammonia concentration relation information (see FIG. 2) to a predetermined first threshold value Th1 ( For example, 50%) or more. The ammonia concentration in S10 is specified based on the temperature detected by the temperature sensor 30, the pressure detected by the pressure sensor 32, and the ammonia concentration relationship information (see FIG. 2). The predetermined first threshold Th1 is a value less than a predetermined density tolerance Ta (eg, 60%) (see FIG. 4). The predetermined allowable concentration value Ta is set according to, for example, the ammonia removal capacity of the remover 14 . If it is determined in S10 that the ammonia concentration is equal to or higher than the first threshold Th1 (YES), the process proceeds to S12. If it is determined in S10 that the concentration of ammonia is less than the first threshold Th1 (NO), the process waits.

S10でYESの後のS12では、制御部50が、改質器12に設けられている第1加熱器40(電気ヒーター)の電源をオンにする(図4参照)。第1加熱器40の電源がオンになると、第1加熱器40が発熱し、改質器12の内部の原料ガスが加熱される。これにより、原料ガスの温度が上昇し、原料ガスの改質が促進される。その結果、アンモニアの分解が促進され、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度が低下する。改質ガスの温度は上昇する。 In S12 after YES in S10, the control unit 50 turns on the power of the first heater 40 (electric heater) provided in the reformer 12 (see FIG. 4). When the power of the first heater 40 is turned on, the first heater 40 generates heat to heat the raw material gas inside the reformer 12 . As a result, the temperature of the raw material gas rises and the reforming of the raw material gas is promoted. As a result, the decomposition of ammonia is accelerated and the concentration of ammonia contained in the reformed gas is reduced. The temperature of the reformed gas rises.

続くS14では、制御部50が、アンモニア濃度関係情報(図2参照)により推定される改質ガスに含まれるアンモニア濃度が所定の第2閾値Th2(例えば、10%)未満であるか否かを判断する。S14でのアンモニア濃度は、温度センサ30の検出温度と、圧力センサ32の検出圧力と、アンモニア濃度関係情報(図2参照)とに基づいて特定される。所定の第2閾値Th2は、上記の第1閾値Th1未満の値である(図4参照)。S14でアンモニアの濃度が第2閾値Th2未満であると判断される場合(YESの場合)、処理はS16に進む。S14でアンモニアの濃度が第2閾値Th2以上であると判断される場合(NOの場合)、処理はS12に戻る。S12では、第1加熱器40(電気ヒーター)の電源がオンに維持され、第1加熱器40による原料ガスの加熱が維持される。 In subsequent S14, the control unit 50 determines whether the ammonia concentration contained in the reformed gas estimated from the ammonia concentration relation information (see FIG. 2) is less than a predetermined second threshold Th2 (for example, 10%). to decide. The ammonia concentration in S14 is specified based on the temperature detected by the temperature sensor 30, the pressure detected by the pressure sensor 32, and the ammonia concentration relationship information (see FIG. 2). The predetermined second threshold Th2 is a value less than the first threshold Th1 (see FIG. 4). If it is determined in S14 that the concentration of ammonia is less than the second threshold Th2 (YES), the process proceeds to S16. If it is determined in S14 that the ammonia concentration is equal to or greater than the second threshold Th2 (NO), the process returns to S12. In S12, the power of the first heater 40 (electric heater) is kept on, and the heating of the raw material gas by the first heater 40 is maintained.

S14でYESの後のS16では、制御部50が、第1加熱器40(電気ヒーター)の電源をオフにする(図4参照)。第1加熱器40の電源がオフになると、第1加熱器40による原料ガスの加熱が停止する。その結果、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度が上昇すると共に、改質ガスの温度が低下する。 In S16 after YES in S14, the control unit 50 turns off the power of the first heater 40 (electric heater) (see FIG. 4). When the first heater 40 is powered off, the first heater 40 stops heating the raw material gas. As a result, the concentration of ammonia contained in the reformed gas increases and the temperature of the reformed gas decreases.

続くS18では、制御部50が、改質器12の停止指示があるか否かを判断する。改質器12の停止指示があると判断される場合(YESの場合)、加熱量制御処理が終了する。改質器12の停止指示がないと判断される場合(NOの場合)、処理はS10に戻る。制御部50が上記の処理を繰り返す。 In subsequent S18, the control unit 50 determines whether there is an instruction to stop the reformer 12 or not. If it is determined that there is an instruction to stop the reformer 12 (if YES), the heating amount control process ends. When it is determined that there is no instruction to stop the reformer 12 (in the case of NO), the process returns to S10. The control unit 50 repeats the above processing.

(効果)
以上、実施例1の燃料電池システム2について説明した。以上のように、燃料電池システム2は、原料ガスを改質することにより改質ガスを生成する改質器12と、改質器12において原料ガスを加熱する第1加熱器40と、改質器12により生成された改質ガスが通過する改質ガス供給路62と、改質ガス供給路62を通過する改質ガスの温度を検出する温度センサ30と、改質ガス供給路62を通過した改質ガスからアンモニアが除去されることにより生成される燃料ガスを用いて発電する燃料電池16と、温度センサ30の検出温度から推定される改質ガスに含まれるアンモニアの濃度に応じて第1加熱器40による加熱量を制御する制御部50とを備えている。
(effect)
The fuel cell system 2 of Example 1 has been described above. As described above, the fuel cell system 2 includes the reformer 12 that reforms the raw material gas to generate the reformed gas, the first heater 40 that heats the raw material gas in the reformer 12, and the reforming A reformed gas supply path 62 through which the reformed gas generated by the vessel 12 passes; a temperature sensor 30 that detects the temperature of the reformed gas passing through the reformed gas supply path 62; A fuel cell 16 that generates electricity by using the fuel gas generated by removing ammonia from the reformed gas, and the concentration of ammonia contained in the reformed gas estimated from the temperature detected by the temperature sensor 30. 1 and a control unit 50 that controls the amount of heating by the heater 40 .

上記の構成によれば、改質器12における加熱量を抑制しつつ改質ガスに含まれるアンモニアの濃度を抑制することができる。例えば、温度センサ30の検出温度から推定されるアンモニアの濃度が高い場合は、改質器12においてアンモニアの分解が促進されていない状況であると推定される。この場合は、第1加熱器40による加熱量を増量することにより、アンモニアの分解を促進することができ、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度を抑制することができる。また、温度センサ30の検出温度から推定されるアンモニアの濃度が低い場合は、改質器12においてアンモニアの分解が促進されている状況であると推定される。この場合は、第1加熱器40による加熱量を減量することができる。アンモニアの分解が促進されていないときだけ加熱量を増量すればよいので、改質器12における加熱量を抑制することができる。 According to the above configuration, it is possible to suppress the concentration of ammonia contained in the reformed gas while suppressing the heating amount in the reformer 12 . For example, when the concentration of ammonia estimated from the temperature detected by the temperature sensor 30 is high, it is estimated that the decomposition of ammonia is not promoted in the reformer 12 . In this case, by increasing the amount of heating by the first heater 40, the decomposition of ammonia can be promoted and the concentration of ammonia contained in the reformed gas can be suppressed. Further, when the concentration of ammonia estimated from the temperature detected by the temperature sensor 30 is low, it is estimated that the decomposition of ammonia is promoted in the reformer 12 . In this case, the amount of heating by the first heater 40 can be reduced. Since the amount of heating needs to be increased only when the decomposition of ammonia is not promoted, the amount of heating in the reformer 12 can be suppressed.

また、燃料電池システム2は、改質ガス供給路62を通過する改質ガスの圧力を検出する圧力センサ32を備えている。制御部50は、温度センサ30の検出温度および圧力センサ32の検出圧力から推定される改質ガスに含まれるアンモニアの濃度に応じて第1加熱器40による加熱量を制御する。この構成によれば、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度が温度センサ30の検出温度および圧力センサ32の検出圧力から推定されるので推定精度が向上する。これにより、第1加熱器40による加熱量を精度良く制御することができる。 The fuel cell system 2 also includes a pressure sensor 32 that detects the pressure of the reformed gas passing through the reformed gas supply passage 62 . The control unit 50 controls the amount of heating by the first heater 40 according to the concentration of ammonia contained in the reformed gas estimated from the temperature detected by the temperature sensor 30 and the pressure detected by the pressure sensor 32 . According to this configuration, since the concentration of ammonia contained in the reformed gas is estimated from the temperature detected by the temperature sensor 30 and the pressure detected by the pressure sensor 32, the estimation accuracy is improved. Thereby, the heating amount by the first heater 40 can be controlled with high accuracy.

制御部50は、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度が所定の第1閾値Th1以上であると推定される場合に、第1加熱器40による加熱量を増量する。この構成によれば、アンモニアの濃度が高いときに加熱量を増量することにより、アンモニアの分解を促進することができ、アンモニアの濃度を低下させることができる。 The control unit 50 increases the amount of heating by the first heater 40 when the concentration of ammonia contained in the reformed gas is estimated to be equal to or higher than a predetermined first threshold value Th1. According to this configuration, by increasing the amount of heating when the concentration of ammonia is high, the decomposition of ammonia can be promoted and the concentration of ammonia can be reduced.

制御部50は、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度が第1閾値Th1未満の所定の第2閾値Th2未満であると推定される場合に、第1加熱器40による加熱量を減量する。この構成によれば、アンモニアの濃度が低いときに加熱量を減量することにより、不要な加熱を抑制することができる。 The control unit 50 reduces the amount of heating by the first heater 40 when the concentration of ammonia contained in the reformed gas is estimated to be less than a predetermined second threshold Th2 that is less than the first threshold Th1. According to this configuration, unnecessary heating can be suppressed by reducing the heating amount when the concentration of ammonia is low.

第1加熱器40は、ジュール熱により原料ガスを加熱する。この構成によれば、第1加熱器40による加熱量を精度良く制御することができる。 The first heater 40 heats the raw material gas by Joule heat. According to this configuration, the amount of heating by the first heater 40 can be controlled with high accuracy.

燃料電池システム2は、改質ガス供給路62を通過した改質ガスからアンモニアを除去することにより燃料ガスを生成する除去器14を備えている。この構成によれば、アンモニアの濃度が低い良質な燃料ガスを燃料電池16に供給することができる。また、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度を抑制することができる構成であれば、除去器14が除去するアンモニアの量を抑制することができるので、除去器14の負荷を軽減することができる。 The fuel cell system 2 includes a remover 14 that removes ammonia from the reformed gas that has passed through the reformed gas supply passage 62 to generate fuel gas. According to this configuration, it is possible to supply the fuel cell 16 with good quality fuel gas with a low concentration of ammonia. Further, if the structure can suppress the concentration of ammonia contained in the reformed gas, the amount of ammonia removed by the remover 14 can be suppressed, so the load on the remover 14 can be reduced. .

(実施例2)
次に、実施例2の燃料電池システム2について説明する。以下では、上記の実施例1と同様の構成については説明を省略する場合がある。図5に示すように、実施例2の燃料電池システム2は、改質器12に設けられている第2加熱器42(加熱部の他の一例)および第3加熱器44(加熱部の他の一例)を備えている。また、実施例2の燃料電池システム2は、改質ガス供給路62に接続されている改質ガス分岐路80と、排ガス路66に接続されている排ガス分岐路90とを備えている。
(Example 2)
Next, the fuel cell system 2 of Example 2 will be described. Below, the description of the same configuration as that of the first embodiment may be omitted. As shown in FIG. 5, the fuel cell system 2 of the second embodiment includes a second heater 42 (another example of the heating section) and a third heater 44 (another example of the heating section) provided in the reformer 12. example). The fuel cell system 2 of the second embodiment also includes a reformed gas branch channel 80 connected to the reformed gas supply channel 62 and an exhaust gas branch channel 90 connected to the exhaust gas channel 66 .

改質ガス分岐路80の上流端は、温度センサ30および圧力センサ32よりも下流側、かつ、熱交換器22よりも上流側の改質ガス供給路62に接続されている。変形例では、改質ガス分岐路80の上流端は、温度センサ30および圧力センサ32よりも上流側の改質ガス供給路62に接続されていてもよい。改質ガス分岐路80の下流端は、改質器12に設けられている第2加熱器42に接続されている。改質ガス分岐路80を通じて改質ガス供給路62から第2加熱器42に改質ガスが供給される。改質器12から排出される改質ガスが第2加熱器42に供給される。 The upstream end of the reformed gas branch channel 80 is connected to the reformed gas supply channel 62 downstream of the temperature sensor 30 and the pressure sensor 32 and upstream of the heat exchanger 22 . In a modification, the upstream end of the reformed gas branch channel 80 may be connected to the reformed gas supply channel 62 upstream of the temperature sensor 30 and the pressure sensor 32 . A downstream end of the reformed gas branch passage 80 is connected to the second heater 42 provided in the reformer 12 . The reformed gas is supplied from the reformed gas supply passage 62 to the second heater 42 through the reformed gas branch passage 80 . The reformed gas discharged from the reformer 12 is supplied to the second heater 42 .

改質ガス分岐路80には、改質ガス分岐路80を開閉する改質ガスバルブ82が設けられている。改質ガスバルブ82が開弁すると、第2加熱器42に改質ガスが供給され、改質ガスバルブ82が閉弁すると、第2加熱器42に改質ガスが供給されなくなる。 The reformed gas branch passage 80 is provided with a reformed gas valve 82 for opening and closing the reformed gas branch passage 80 . When the reformed gas valve 82 is opened, the reformed gas is supplied to the second heater 42 , and when the reformed gas valve 82 is closed, the reformed gas is not supplied to the second heater 42 .

第2加熱器42は、熱交換器であり、改質ガス分岐路80から供給される改質ガスと改質器12の内部の原料ガスとの熱交換により、原料ガスを加熱すると共に改質ガスを冷却する。第2加熱器42(熱交換器)は、改質器12から排出される改質ガスの熱により原料ガスの温度を上昇させる。 The second heater 42 is a heat exchanger that heats and reforms the source gas by heat exchange between the reformed gas supplied from the reformed gas branch passage 80 and the source gas inside the reformer 12 . Cool the gas. The second heater 42 (heat exchanger) raises the temperature of the raw material gas by the heat of the reformed gas discharged from the reformer 12 .

第2加熱器42には改質ガス戻り路84の上流端が接続されている。改質ガス戻り路84の下流端は、温度センサ30および圧力センサ32よりも下流側、かつ、熱交換器22よりも上流側の改質ガス供給路62に接続されている。変形例では、改質ガス戻り路84の下流端は、熱交換器22よりも下流側の改質ガス供給路62に接続されていてもよい。改質ガス戻り路84を通じて第2加熱器42から改質ガス供給路62に改質ガスが供給される(戻される)。 The upstream end of the reformed gas return path 84 is connected to the second heater 42 . A downstream end of the reformed gas return path 84 is connected to the reformed gas supply path 62 downstream of the temperature sensor 30 and the pressure sensor 32 and upstream of the heat exchanger 22 . In a modification, the downstream end of the reformed gas return path 84 may be connected to the reformed gas supply path 62 downstream of the heat exchanger 22 . The reformed gas is supplied (returned) from the second heater 42 to the reformed gas supply passage 62 through the reformed gas return passage 84 .

排ガス分岐路90は、上流端が排ガス路66に接続されており、下流端が第3加熱器44に接続されている。排ガス分岐路90を通じて排ガス路66から第3加熱器44に排ガスが供給される。燃料電池16から排出される排ガスが第3加熱器44に供給される。 The exhaust gas branch passage 90 has an upstream end connected to the exhaust gas passage 66 and a downstream end connected to the third heater 44 . Exhaust gas is supplied from the exhaust gas passage 66 to the third heater 44 through the exhaust gas branch passage 90 . Exhaust gas discharged from the fuel cell 16 is supplied to the third heater 44 .

排ガス分岐路90には、排ガス分岐路90を開閉する排ガスバルブ92が設けられている。排ガスバルブ92が開弁すると、第3加熱器44に排ガスが供給され、排ガスバルブ92が閉弁すると、第3加熱器44に排ガスが供給されなくなる。 An exhaust gas valve 92 for opening and closing the exhaust gas branch passage 90 is provided in the exhaust gas branch passage 90 . When the exhaust gas valve 92 is opened, the exhaust gas is supplied to the third heater 44 , and when the exhaust gas valve 92 is closed, the exhaust gas is no longer supplied to the third heater 44 .

第3加熱器44は、熱交換器であり、排ガス分岐路90から供給される排ガスと改質器12の内部の原料ガスとの熱交換により、原料ガスを加熱すると共に排ガスを冷却する。第3加熱器44(熱交換器)は、燃料電池16から排出される排ガスの熱により原料ガスの温度を上昇させる。 The third heater 44 is a heat exchanger that heats the raw material gas and cools the raw material gas in the reformer 12 by heat exchange between the exhaust gas supplied from the exhaust gas branch passage 90 and the raw material gas inside the reformer 12 . The third heater 44 (heat exchanger) raises the temperature of the raw material gas with the heat of the exhaust gas discharged from the fuel cell 16 .

第3加熱器44には第2排ガス路94の上流端が接続されている。第2排ガス路94の下流端は外部の排出先(図示省略)に接続されており、第2排ガス路94を通じて排出先に排ガスが排出される。 An upstream end of the second exhaust gas passage 94 is connected to the third heater 44 . A downstream end of the second exhaust gas passage 94 is connected to an external discharge destination (not shown), and the exhaust gas is discharged to the discharge destination through the second exhaust gas passage 94 .

(加熱量制御処理;図6)
次に、実施例2の加熱量制御処理について説明する。実施例2の加熱量制御処理が開始される時点では、改質器12に設けられている第1加熱器40(電気ヒーター)がオフの状態である。また、実施例2の加熱量制御処理が開始される時点では、改質ガス分岐路80に設けられている改質ガスバルブ82が閉弁していると共に、排ガス分岐路90に設けられている排ガスバルブ92が閉弁している状態である。
(Heating amount control process; Fig. 6)
Next, the heating amount control process of the second embodiment will be described. When the heating amount control process of the second embodiment is started, the first heater 40 (electric heater) provided in the reformer 12 is off. Further, at the time when the heating amount control process of the second embodiment is started, the reformed gas valve 82 provided in the reformed gas branch passage 80 is closed, and the exhaust gas provided in the exhaust gas branch passage 90 is closed. The valve 92 is closed.

図6に示すように、実施例2の加熱量制御処理のS12では、制御部50が、第1加熱器40(電気ヒーター)の電源をオンにする。また、S12では、制御部50が、改質ガス分岐路80に設けられている改質ガスバルブ82を開弁すると共に、排ガス分岐路90に設けられている排ガスバルブ92を開弁する。 As shown in FIG. 6, in S12 of the heating amount control process of the second embodiment, the control unit 50 turns on the power of the first heater 40 (electric heater). Further, in S<b>12 , the control unit 50 opens the reformed gas valve 82 provided in the reformed gas branch passage 80 and the exhaust gas valve 92 provided in the exhaust gas branch passage 90 .

第1加熱器40の電源がオンになると、第1加熱器40が発熱し、改質器12の内部の原料ガスが加熱される。また、改質ガスバルブ82が開弁すると、改質ガス分岐路80を通じて第2加熱器42に改質ガスが供給され、改質ガスの熱により改質器12の内部の原料ガスが加熱される。また、排ガスバルブ92が開弁すると、排ガス分岐路90を通じて第2加熱器42に排ガスが供給され、排ガスの熱により改質器12の内部の原料ガスが加熱される。これにより、原料ガスの温度が上昇し、原料ガスの改質が促進される。その結果、アンモニアの分解が促進され、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度が低下する。 When the power of the first heater 40 is turned on, the first heater 40 generates heat to heat the raw material gas inside the reformer 12 . Further, when the reformed gas valve 82 is opened, the reformed gas is supplied to the second heater 42 through the reformed gas branch passage 80, and the source gas inside the reformer 12 is heated by the heat of the reformed gas. . Further, when the exhaust gas valve 92 is opened, the exhaust gas is supplied to the second heater 42 through the exhaust gas branch passage 90, and the source gas inside the reformer 12 is heated by the heat of the exhaust gas. As a result, the temperature of the raw material gas rises and the reforming of the raw material gas is promoted. As a result, the decomposition of ammonia is accelerated and the concentration of ammonia contained in the reformed gas is reduced.

図6に示すように、実施例2の加熱量制御処理のS16では、制御部50が、第1加熱器40(電気ヒーター)の電源をオフにする。また、S16では、制御部50が、改質ガス分岐路80に設けられている改質ガスバルブ82を閉弁すると共に、排ガス分岐路90に設けられている排ガスバルブ92を閉弁する。 As shown in FIG. 6, in S16 of the heating amount control process of the second embodiment, the controller 50 turns off the first heater 40 (electric heater). Further, in S16, the control unit 50 closes the reformed gas valve 82 provided in the reformed gas branch passage 80 and also closes the exhaust gas valve 92 provided in the exhaust gas branch passage 90. FIG.

第1加熱器40の電源がオフになると、第1加熱器40による原料ガスの加熱が停止する。また、改質ガスバルブ82が閉弁すると、第2加熱器42に改質ガスが供給されなくなり、改質ガスの熱による原料ガスの加熱が停止する。また、排ガスバルブ92が閉弁すると、第2加熱器42に排ガスが供給されなくなり、排ガスの熱による原料ガスの加熱が停止する。これにより、第2加熱器42による原料ガスの加熱が停止する。 When the first heater 40 is powered off, the first heater 40 stops heating the raw material gas. Further, when the reformed gas valve 82 is closed, the reformed gas is no longer supplied to the second heater 42, and heating of the raw material gas by the heat of the reformed gas stops. Further, when the exhaust gas valve 92 is closed, the exhaust gas is no longer supplied to the second heater 42, and the heating of the raw material gas by the heat of the exhaust gas stops. Thereby, the heating of the raw material gas by the second heater 42 is stopped.

(効果)
以上、実施例2の燃料電池システム2について説明した。以上のように、燃料電池システム2は、改質器12により生成された改質ガスの熱により原料ガスを加熱する第2加熱器42を備えている。また、燃料電池システム2は、燃料電池16から排出される排ガスの熱により原料ガスを加熱する第3加熱器44を備えている。制御部50は、改質ガス分岐路80に設けられている改質ガスバルブ82を開閉制御することにより、改質器12における加熱量を制御する。また、制御部50は、排ガス分岐路90に設けられている排ガスバルブ92を開閉制御することにより、改質器12における加熱量を制御する。
(effect)
The fuel cell system 2 of the second embodiment has been described above. As described above, the fuel cell system 2 includes the second heater 42 that heats the source gas with the heat of the reformed gas produced by the reformer 12 . The fuel cell system 2 also includes a third heater 44 that heats the material gas with the heat of the exhaust gas discharged from the fuel cell 16 . The control unit 50 controls the amount of heating in the reformer 12 by opening and closing the reformed gas valve 82 provided in the reformed gas branch passage 80 . Further, the control unit 50 controls the heating amount in the reformer 12 by opening and closing an exhaust gas valve 92 provided in the exhaust gas branch passage 90 .

この構成によれば、改質ガスの熱を有効利用することにより、原料ガスを加熱することができる。また、燃料電池16の排ガスの熱を有効利用することにより、原料ガスを加熱することができる。この構成によっても、上記の実施例1と同様に、改質器12における加熱量を抑制しつつ改質ガスに含まれるアンモニアの濃度を抑制することができる。 According to this configuration, the raw material gas can be heated by effectively utilizing the heat of the reformed gas. Also, by effectively utilizing the heat of the exhaust gas from the fuel cell 16, the raw material gas can be heated. With this configuration, similarly to the first embodiment, it is possible to suppress the concentration of ammonia contained in the reformed gas while suppressing the heating amount in the reformer 12 .

また、上記の構成によれば、原料ガスの温度を上昇させることと利用して改質ガスの温度を低下させることができる。これにより、除去器14に供給される改質ガスの温度を低下させることができ、除去器14でのアンモニアの除去を促進することができる。また、原料ガスの温度を上昇させることと利用して排ガスの温度を低下させることができる。これにより、外部に排出される排ガスの温度を低下させることができ、排ガスを安全に排出することができる。 Moreover, according to the above configuration, it is possible to lower the temperature of the reformed gas by utilizing the increase in the temperature of the raw material gas. Thereby, the temperature of the reformed gas supplied to the remover 14 can be lowered, and the removal of ammonia in the remover 14 can be promoted. Also, the temperature of the exhaust gas can be lowered by using the temperature rise of the raw material gas. As a result, the temperature of the exhaust gas discharged to the outside can be lowered, and the exhaust gas can be safely discharged.

(変形例)
(1)上記の実施例1、2では、改質ガスに含まれるアンモニアの濃度を推定するためのアンモニア濃度関係情報(図2参照)が、温度および圧力と、アンモニアの濃度との関係を示す情報であったが、これに限定されない。変形例では、図7に示すように、アンモニア濃度関係情報が、温度とアンモニアの濃度との関係を示す情報であってもよい。変形例のアンモニア濃度関係情報における温度(横軸(例えば、100℃、200℃、・・・))は、改質ガス供給路62に設けられた温度センサ30によって検出される改質ガスの温度に対応する。アンモニア濃度関係情報におけるアンモニア濃度(例えば、80%、25%、・・・)は、改質ガス供給路62を通過する改質ガスに含まれるアンモニアの濃度に対応する。制御部50は、温度センサ30の検出温度と、アンモニア濃度関係情報とに基づいて、改質ガス供給路62を通過する改質ガスに含まれるアンモニアの濃度を推定する。変形例では、圧力センサ32を省略することができる。
(Modification)
(1) In Examples 1 and 2 above, the ammonia concentration relationship information (see FIG. 2) for estimating the concentration of ammonia contained in the reformed gas indicates the relationship between the temperature and pressure and the concentration of ammonia. Information, but not limited to. In a modification, as shown in FIG. 7, the ammonia concentration relationship information may be information indicating the relationship between temperature and ammonia concentration. The temperature (horizontal axis (eg, 100° C., 200° C., . corresponds to The ammonia concentration (for example, 80%, 25%, . The control unit 50 estimates the concentration of ammonia contained in the reformed gas passing through the reformed gas supply path 62 based on the temperature detected by the temperature sensor 30 and the ammonia concentration relationship information. In a variant, the pressure sensor 32 can be omitted.

(2)変形例では、制御部50が、第1加熱器40(電気ヒーター)の通電量を調整することにより加熱量を制御する構成であってもよい。例えば、制御部50が、第1加熱器40の通電量を小さくすることにより加熱量を小さくし、通電量を大きくすることにより加熱量を大きくしてもよい。制御部50は、必ずしも第1加熱器40の電源をオン/オフしなくてもよい。 (2) In a modification, the controller 50 may be configured to control the amount of heating by adjusting the amount of electricity supplied to the first heater 40 (electric heater). For example, the control unit 50 may decrease the amount of heating by decreasing the amount of electricity supplied to the first heater 40 and increase the amount of heating by increasing the amount of electricity supplied to the first heater 40 . The controller 50 does not necessarily have to turn on/off the first heater 40 .

(3)変形例では、制御部50が、改質ガス分岐路80に設けられている改質ガスバルブ82の開度を調整することにより加熱量を制御する構成であってもよい。例えば、制御部50が、改質ガスバルブ82の開度を小さくすることにより加熱量を小さくし、改質ガスバルブ82の開度を大きくすることにより加熱量を大きくしてもよい。制御部50は、必ずしも改質ガスバルブ82を開状態/閉状態にしなくてもよい。 (3) In a modification, the control unit 50 may be configured to control the heating amount by adjusting the opening degree of the reformed gas valve 82 provided in the reformed gas branch passage 80 . For example, the control unit 50 may decrease the amount of heating by decreasing the degree of opening of the reformed gas valve 82 and increase the amount of heating by increasing the degree of opening of the reformed gas valve 82 . The control unit 50 does not necessarily have to open/close the reformed gas valve 82 .

(4)変形例では、制御部50が、排ガス分岐路90に設けられている排ガスバルブ92の開度を調整することにより加熱量を制御する構成であってもよい。例えば、制御部50が、排ガスバルブ92の開度を小さくすることにより加熱量を小さくし、排ガスバルブ92の開度を大きくすることにより加熱量を大きくしてもよい。制御部50は、必ずしも排ガスバルブ92を開状態/閉状態にしなくてもよい。 (4) In a modified example, the control unit 50 may be configured to control the heating amount by adjusting the opening degree of the exhaust gas valve 92 provided in the exhaust gas branch passage 90 . For example, the control unit 50 may decrease the amount of heating by decreasing the opening of the exhaust gas valve 92 and increase the amount of heating by increasing the opening of the exhaust gas valve 92 . The control unit 50 does not necessarily have to open/close the exhaust gas valve 92 .

(5)変形例では、燃料電池システム2が、第1加熱器40、第2加熱器42および第3加熱器44のいずれか1つまたは2つの加熱器を備える構成であってもよい。第1加熱器40、第2加熱器42および第3加熱器44のいずれか1つまたは2つの加熱器を省略してもよい。 (5) In a modification, the fuel cell system 2 may be configured to include one or two of the first heater 40, the second heater 42 and the third heater 44. Any one or two of the first heater 40, the second heater 42 and the third heater 44 may be omitted.

(6)変形例では、制御部50が、燃料電池16が発電する電力により第1加熱器40(電気ヒーター)に通電してもよい。 (6) In a modified example, the controller 50 may electrify the first heater 40 (electric heater) with power generated by the fuel cell 16 .

(7)変形例では、気化器20を省略してもよい。この場合、燃料電池システム2は、原料タンク10に代えてガスボンベ(図示省略)を備えていてもよい。ガスボンベは、原料ガス(例えば、アンモニアガス、炭化水素ガス、ギ酸ガス、ヒドラジンガス等)を貯蔵している。ガスボンベには、原料ガス供給路60が接続されている。なお、アンモニアガス以外の原料ガスが用いられる場合は、改質器12において副生物としてアンモニアが生成される。 (7) In a modification, the vaporizer 20 may be omitted. In this case, the fuel cell system 2 may have a gas cylinder (not shown) instead of the raw material tank 10 . The gas cylinder stores raw material gas (for example, ammonia gas, hydrocarbon gas, formic acid gas, hydrazine gas, etc.). A source gas supply path 60 is connected to the gas cylinder. Note that when a raw material gas other than ammonia gas is used, ammonia is produced as a by-product in the reformer 12 .

(8)変形例では、除去器14が、改質ガスを水中を通過させることによりアンモニアを除去する構成であってもよい。 (8) In a modification, the remover 14 may be configured to remove ammonia by passing the reformed gas through water.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or in the drawings exhibit technical utility either singly or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques exemplified in this specification or drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving one of them has technical utility in itself.

2:燃料電池システム、10:原料タンク、12:改質器、14:除去器、16:燃料電池、20:気化器、22:熱交換器、30:温度センサ、32:圧力センサ、40:第1加熱器、42:第2加熱器、44:第3加熱器、50:制御部、52:記憶部、60:原料ガス供給路、62:改質ガス供給路、64:燃料ガス供給路、66:排ガス路、68:空気供給路、70:液体供給路、72:ポンプ、80:改質ガス分岐路、82:改質ガスバルブ、84:改質ガス戻り路、90:排ガス分岐路、92:排ガスバルブ、94:第2排ガス路
2: fuel cell system, 10: raw material tank, 12: reformer, 14: remover, 16: fuel cell, 20: vaporizer, 22: heat exchanger, 30: temperature sensor, 32: pressure sensor, 40: First heater 42: Second heater 44: Third heater 50: Control unit 52: Storage unit 60: Source gas supply path 62: Reformed gas supply path 64: Fuel gas supply path , 66: Exhaust gas channel, 68: Air supply channel, 70: Liquid supply channel, 72: Pump, 80: Reformed gas branch channel, 82: Reformed gas valve, 84: Reformed gas return channel, 90: Exhaust gas branch channel, 92: Exhaust gas valve, 94: Second exhaust gas passage

Claims (9)

原料ガスを改質することにより改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器において前記原料ガスを加熱する加熱部と、
前記改質器により生成された前記改質ガスが通過するガス通路と、
前記ガス通路を通過する前記改質ガスの温度を検出する温度センサと、
前記ガス通路を通過した前記改質ガスからアンモニアが除去されることにより生成される燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記温度センサの検出温度から推定される前記改質ガスに含まれるアンモニアの濃度に応じて前記加熱部による加熱量を制御する制御部と、を備える燃料電池システム。
a reformer for generating a reformed gas by reforming the raw material gas;
a heating unit for heating the raw material gas in the reformer;
a gas passage through which the reformed gas generated by the reformer passes;
a temperature sensor that detects the temperature of the reformed gas passing through the gas passage;
a fuel cell that generates electricity using a fuel gas generated by removing ammonia from the reformed gas that has passed through the gas passage;
and a control unit that controls the amount of heating by the heating unit according to the concentration of ammonia contained in the reformed gas estimated from the temperature detected by the temperature sensor.
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記ガス通路を通過する前記改質ガスの圧力を検出する圧力センサを更に備え、
前記制御部は、前記温度センサの検出温度および前記圧力センサの検出圧力から推定される前記改質ガスに含まれるアンモニアの濃度に応じて前記加熱部による加熱量を制御する、燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
further comprising a pressure sensor that detects the pressure of the reformed gas passing through the gas passage;
The control unit controls the amount of heating by the heating unit according to the concentration of ammonia contained in the reformed gas estimated from the temperature detected by the temperature sensor and the pressure detected by the pressure sensor.
請求項1または2に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記改質ガスに含まれるアンモニアの濃度が所定の第1閾値以上であると推定される場合に、前記加熱部による加熱量を増量する、燃料電池システム。
3. The fuel cell system according to claim 1 or 2,
The fuel cell system, wherein the control unit increases the amount of heating by the heating unit when the concentration of ammonia contained in the reformed gas is estimated to be equal to or higher than a predetermined first threshold value.
請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記改質ガスに含まれるアンモニアの濃度が所定の第2閾値未満であると推定される場合に、前記加熱部による加熱量を減量する、燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
The fuel cell system, wherein the control unit reduces the amount of heating by the heating unit when the concentration of ammonia contained in the reformed gas is estimated to be less than a predetermined second threshold.
請求項3を引用する請求項4に記載の燃料電池システムであって、
前記第2閾値は、前記第1閾値未満の値である、燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 4 citing claim 3,
The fuel cell system, wherein the second threshold is less than the first threshold.
請求項1から5のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記加熱部は、ジュール熱により前記原料ガスを加熱する第1加熱器を備える、燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
The fuel cell system, wherein the heating unit includes a first heater that heats the raw material gas by Joule heat.
請求項1から6のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記加熱部は、前記改質器により生成された前記改質ガスの熱により前記原料ガスを加熱する第2加熱器を備える、燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6,
The fuel cell system, wherein the heating unit includes a second heater that heats the raw material gas with heat of the reformed gas generated by the reformer.
請求項1から7のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記加熱部は、前記燃料電池から排出された排ガスの熱により前記原料ガスを加熱する第3加熱器を備える、燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7,
The fuel cell system, wherein the heating unit includes a third heater that heats the raw material gas with heat of exhaust gas discharged from the fuel cell.
請求項1から8のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記ガス通路を通過した前記改質ガスからアンモニアを除去することにより前記燃料ガスを生成する除去器を更に備える、燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8,
The fuel cell system further comprising a remover that removes ammonia from the reformed gas that has passed through the gas passage to generate the fuel gas.
JP2021200335A 2021-12-09 2021-12-09 fuel cell system Pending JP2023085982A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021200335A JP2023085982A (en) 2021-12-09 2021-12-09 fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021200335A JP2023085982A (en) 2021-12-09 2021-12-09 fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023085982A true JP2023085982A (en) 2023-06-21

Family

ID=86775751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021200335A Pending JP2023085982A (en) 2021-12-09 2021-12-09 fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023085982A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2009230926A (en) Fuel cell system
JPWO2011077969A1 (en) Reaction vessel and fuel cell system using the same
JP6098795B2 (en) Solid oxide fuel cell system
JP6405211B2 (en) Fuel cell system
JP6814969B2 (en) Solid oxide fuel cell system
KR100700547B1 (en) Fuel cell system
JP4452016B2 (en) Desulfurization apparatus, fuel cell system and operation method thereof
JP2013004295A (en) Fuel cell device
JP2023085982A (en) fuel cell system
JP5502521B2 (en) Fuel cell system
JP5299970B2 (en) Fuel cell system
JP5426990B2 (en) Fuel cell system and design method thereof
JP2009518820A (en) Fuel cell system
JP6114061B2 (en) Fuel cell device
KR102485476B1 (en) Hydrogen supply system for fuel cell and method thereof
US20240218543A1 (en) Method for operating water electrolysis system capable of stably maintaining quality of hydrogen
JP5495637B2 (en) Fuel cell system
JP7102993B2 (en) Fuel cell system and vehicle system equipped with the fuel cell system
JP5271522B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM
KR101335504B1 (en) Fuel cell apparatus with single discharge port
JP5368848B2 (en) Desulfurization apparatus and fuel cell system
JP2011054323A (en) Fuel cell system
JP2023122419A (en) Ammonia removal system
JP2023085981A (en) fuel cell system
JP2007242565A (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240229