JP2846205B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池用燃料供給方法 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池用燃料供給方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は溶融炭酸塩型燃料電池
（以下、ＭＣＦＣと言う。）システムに関し、特に、Ｍ
ＣＦＣに用いられる水素（Ｈ2）発生用の燃料供給シス
テムに関する。
（以下、ＭＣＦＣと言う。）システムに関し、特に、Ｍ
ＣＦＣに用いられる水素（Ｈ2）発生用の燃料供給シス
テムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＭＣＦＣシステムの改質器回りの
燃料等の供給系統は図４に示すように、改質反応管３に
はスチームと天然ガス供給用の配管が接続され、また、
改質器一段目燃焼部９には溶融炭酸塩型燃料電池のアノ
ード（図示せず）より排出される低カロリーガス燃料で
ある水素と一酸化炭素と炭酸ガスとスチームの混合流体
からなる燃料ガス供給用配管と助燃用の天然ガス供給用
配管および空気供給用配管がそれぞれ接続され、また、
改質器の中央部の二段目の触媒燃焼領域には水素と一酸
化炭素と炭酸ガスとスチームの混合流体供給用配管がそ
れぞれ接続されている。なお、前記燃料ガス成分である
水素と一酸化炭素と炭酸ガスとスチームはＭＣＦＣアノ
ード排ガスから循環供給される。
燃料等の供給系統は図４に示すように、改質反応管３に
はスチームと天然ガス供給用の配管が接続され、また、
改質器一段目燃焼部９には溶融炭酸塩型燃料電池のアノ
ード（図示せず）より排出される低カロリーガス燃料で
ある水素と一酸化炭素と炭酸ガスとスチームの混合流体
からなる燃料ガス供給用配管と助燃用の天然ガス供給用
配管および空気供給用配管がそれぞれ接続され、また、
改質器の中央部の二段目の触媒燃焼領域には水素と一酸
化炭素と炭酸ガスとスチームの混合流体供給用配管がそ
れぞれ接続されている。なお、前記燃料ガス成分である
水素と一酸化炭素と炭酸ガスとスチームはＭＣＦＣアノ
ード排ガスから循環供給される。
【０００３】そして、前記各々の配管には各々の流体の
流量制御用のバルブが装備されている。すなわち、改質
反応管３に接続されるスチーム供給用配管にはスチーム
制御弁１が、天然ガス供給用配管には原料制御弁２が設
けられている。また、前記低カロリーガス燃料（改質器
一段目燃焼部９に供給される触媒燃焼用の燃料）供給用
配管には燃料ガス制御弁４とその後流側の改質器一段目
燃焼部９に接続される配管部分に一段目制御弁５が、ま
た、改質器１０の中央部分の二段目の触媒燃焼領域に接
続される配管部分には二段目制御弁６が設けられてい
る。なお、一段目制御弁５は、一段目燃焼温度を制御す
る。また、二段目制御弁６は反応管中央部を加熱し、反
応温度を制御する。また、改質器１０の二段目燃焼領域
の設置理由は反応温度を１０００℃に保って一段で燃焼
させると、燃焼部９から反応管３への伝熱が不十分とな
るため伝熱向上策として二段で反応管３を加熱するため
である。また、改質器一段目燃焼部９に接続される空気
供給用配管には空気制御弁７が、助燃用の天然ガス供給
用配管には天然ガス制御弁８が設けられている。図４に
示すＭＣＦＣに燃料を供給するシステムにおいては、電
力需要の急激な変動に対応するために発生するＨ2量を
急激に変動する必要があり、この変動速度は毎分１０％
〜２５％が要求されている。すなわち、３０％負荷から
１００％負荷まで３分から７分の間で安定して負荷変動
する必要がある。
流量制御用のバルブが装備されている。すなわち、改質
反応管３に接続されるスチーム供給用配管にはスチーム
制御弁１が、天然ガス供給用配管には原料制御弁２が設
けられている。また、前記低カロリーガス燃料（改質器
一段目燃焼部９に供給される触媒燃焼用の燃料）供給用
配管には燃料ガス制御弁４とその後流側の改質器一段目
燃焼部９に接続される配管部分に一段目制御弁５が、ま
た、改質器１０の中央部分の二段目の触媒燃焼領域に接
続される配管部分には二段目制御弁６が設けられてい
る。なお、一段目制御弁５は、一段目燃焼温度を制御す
る。また、二段目制御弁６は反応管中央部を加熱し、反
応温度を制御する。また、改質器１０の二段目燃焼領域
の設置理由は反応温度を１０００℃に保って一段で燃焼
させると、燃焼部９から反応管３への伝熱が不十分とな
るため伝熱向上策として二段で反応管３を加熱するため
である。また、改質器一段目燃焼部９に接続される空気
供給用配管には空気制御弁７が、助燃用の天然ガス供給
用配管には天然ガス制御弁８が設けられている。図４に
示すＭＣＦＣに燃料を供給するシステムにおいては、電
力需要の急激な変動に対応するために発生するＨ2量を
急激に変動する必要があり、この変動速度は毎分１０％
〜２５％が要求されている。すなわち、３０％負荷から
１００％負荷まで３分から７分の間で安定して負荷変動
する必要がある。
【０００４】従来の方法による負荷変動の運転を実施し
た時の改質器１０の挙動を実験、確認した結果を図５、
図６に示している。 （１）負荷増加時は図４の改質反応管３へ供給するスチ
ームと天然ガスを各々スチーム制御弁１、原料制御弁２
を開いて流量を例えば３０％から１００％相当まで自動
的に増加する。一方、前述の低カロリーガスは燃料ガス
制御弁４、一段目制御弁５および二段目制御弁６によっ
て定格の流量を自動的に増加する。さらに、燃料の燃焼
に必要な空気も空気制御弁７によって自動的に増加す
る。この際に発生する不具合現象を図５にて説明する。
負荷増加を開始すると、改質反応温度が低下し、原料量
増加完了時点を過ぎても、改質反応温度の低下が継続
し、ある実験では最低でも７００℃に達した。これは、
負荷変動前の７８０℃に対し、８０℃もの温度の低下と
なり、この結果、吸熱反応である原料の天然ガスの改質
反応で生成するＨ2量が減少し、ＭＣＦＣに必要なＨ2が
供給不足の状態となる。
た時の改質器１０の挙動を実験、確認した結果を図５、
図６に示している。 （１）負荷増加時は図４の改質反応管３へ供給するスチ
ームと天然ガスを各々スチーム制御弁１、原料制御弁２
を開いて流量を例えば３０％から１００％相当まで自動
的に増加する。一方、前述の低カロリーガスは燃料ガス
制御弁４、一段目制御弁５および二段目制御弁６によっ
て定格の流量を自動的に増加する。さらに、燃料の燃焼
に必要な空気も空気制御弁７によって自動的に増加す
る。この際に発生する不具合現象を図５にて説明する。
負荷増加を開始すると、改質反応温度が低下し、原料量
増加完了時点を過ぎても、改質反応温度の低下が継続
し、ある実験では最低でも７００℃に達した。これは、
負荷変動前の７８０℃に対し、８０℃もの温度の低下と
なり、この結果、吸熱反応である原料の天然ガスの改質
反応で生成するＨ2量が減少し、ＭＣＦＣに必要なＨ2が
供給不足の状態となる。
【０００５】（２）次に、負荷減少時（図６）は上記と
同様の制御弁１、２、４、５、６、７の操作によって各
流体の流量を例えば１００％から３０％まで変化させ
る。この際の改質器１０の挙動を図６にて説明する。負
荷変動を開始すると、燃料および空気の流量を定格量減
少させているにもかかわらず、改質反応温度が上昇し、
ある実験では８００℃から８６０℃まで達した。これは
燃料および空気の流量を減少させても、改質器一段目燃
焼部９の周囲に設置される断熱材の内壁近傍及び改質反
応管３先端近傍の伝熱促進粒子内の蓄熱が改質反応管３
に供給され、反応温度が上昇することにより反応が進
み、反応管３内での原料の改質反応で生成するＨ2量が
増加し、ＭＣＦＣに必要なＨ2量以上に発生することに
なるためである。しかも、改質反応温度が上昇すると、
改質反応管３の管壁温度が上昇し、設計許容温度を超過
した場合には改質反応管３の劣化等が発生するおそれが
ある。
同様の制御弁１、２、４、５、６、７の操作によって各
流体の流量を例えば１００％から３０％まで変化させ
る。この際の改質器１０の挙動を図６にて説明する。負
荷変動を開始すると、燃料および空気の流量を定格量減
少させているにもかかわらず、改質反応温度が上昇し、
ある実験では８００℃から８６０℃まで達した。これは
燃料および空気の流量を減少させても、改質器一段目燃
焼部９の周囲に設置される断熱材の内壁近傍及び改質反
応管３先端近傍の伝熱促進粒子内の蓄熱が改質反応管３
に供給され、反応温度が上昇することにより反応が進
み、反応管３内での原料の改質反応で生成するＨ2量が
増加し、ＭＣＦＣに必要なＨ2量以上に発生することに
なるためである。しかも、改質反応温度が上昇すると、
改質反応管３の管壁温度が上昇し、設計許容温度を超過
した場合には改質反応管３の劣化等が発生するおそれが
ある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はＭＣＦ
Ｃから課せられた急速負荷変動において、負荷増加時の
改質反応温度の低下、発生Ｈ2量の不足の問題点が解決
されていなく、また、負荷減少時にも改質反応温度の上
昇、改質反応管管壁温度の異常上昇の点について配慮が
なされておらず、その制御方式に問題があった。本発明
の目的は、上記の異常現象を抑制し、急速なＭＣＦＣの
負荷変動があっても、円滑な負荷変動を可能とする制御
方式を提供することにある。
Ｃから課せられた急速負荷変動において、負荷増加時の
改質反応温度の低下、発生Ｈ2量の不足の問題点が解決
されていなく、また、負荷減少時にも改質反応温度の上
昇、改質反応管管壁温度の異常上昇の点について配慮が
なされておらず、その制御方式に問題があった。本発明
の目的は、上記の異常現象を抑制し、急速なＭＣＦＣの
負荷変動があっても、円滑な負荷変動を可能とする制御
方式を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成によって達成される。すなわち、改質器の反応部で
改質原料とスチームとによる水蒸気改質反応により水素
を発生させ、この水蒸気改質反応の熱源に溶融炭酸塩型
燃料電池のアノードより排出される低カロリーガス燃料
と助燃燃料を燃焼用空気により改質器の燃焼部で燃焼さ
せて得られる燃焼熱を利用する改質器を備えた溶融炭酸
塩型燃料電池用燃料供給方法において、溶融炭酸塩型燃
料電池の急速負荷上昇時には、改質器の反応部への改質
原料供給量を増加させる以前に、先行的に改質器の燃焼
部への燃焼用空気供給量と助燃燃料量を増加させ改質反
応熱を確保し、さらに前記増加させた燃焼用空気と助燃
燃料との燃焼反応安定後に所定供給量だけ一時的に過剰
に燃焼用空気を改質器の燃焼部へ供給して改質器の燃焼
部から反応部への伝熱の遅れを低減させ、その後、改質
原料とスチームの改質器の反応部への供給量を増加さ
せ、さらに改質原料とスチームの改質器の反応部への供
給量を増加させるタイミングより遅らせて前記低カロリ
ーガス燃料の改質器の燃焼部への供給量の増加を開始す
る溶融炭酸塩型燃料電池用燃料供給方法、または、改質
器の反応部で改質原料とスチームとによる水蒸気改質反
応により水素を発生させ、この水蒸気改質反応の熱源に
溶融炭酸塩型燃料電池のアノードより排出される低カロ
リーガス燃料と助燃燃料を燃焼用空気により改質器の燃
焼部で燃焼させて得られる燃焼熱を利用する改質器を備
えた溶融炭酸塩型燃料電池用燃料供給方法において、溶
融炭酸塩型燃料電池の急速な負荷減少時は、まず、改質
器の燃焼部への燃焼用空気および前記低カロリーガス燃
料供給量を減少させて、改質器の燃焼部に蓄積された余
剰の熱を取り除いた後、改質器の反応部への改質原料と
スチームの改質器の供給量を減少させ、さらに、改質器
の反応部への改質原料とスチームの改質器の反応部への
供給量の変更の完了以前に、改質器の燃焼部への前記低
カロリーガス燃料供給量を増加させて、改質反応のため
の反応熱を確保する溶融炭酸塩型燃料電池用燃料供給方
法である。
構成によって達成される。すなわち、改質器の反応部で
改質原料とスチームとによる水蒸気改質反応により水素
を発生させ、この水蒸気改質反応の熱源に溶融炭酸塩型
燃料電池のアノードより排出される低カロリーガス燃料
と助燃燃料を燃焼用空気により改質器の燃焼部で燃焼さ
せて得られる燃焼熱を利用する改質器を備えた溶融炭酸
塩型燃料電池用燃料供給方法において、溶融炭酸塩型燃
料電池の急速負荷上昇時には、改質器の反応部への改質
原料供給量を増加させる以前に、先行的に改質器の燃焼
部への燃焼用空気供給量と助燃燃料量を増加させ改質反
応熱を確保し、さらに前記増加させた燃焼用空気と助燃
燃料との燃焼反応安定後に所定供給量だけ一時的に過剰
に燃焼用空気を改質器の燃焼部へ供給して改質器の燃焼
部から反応部への伝熱の遅れを低減させ、その後、改質
原料とスチームの改質器の反応部への供給量を増加さ
せ、さらに改質原料とスチームの改質器の反応部への供
給量を増加させるタイミングより遅らせて前記低カロリ
ーガス燃料の改質器の燃焼部への供給量の増加を開始す
る溶融炭酸塩型燃料電池用燃料供給方法、または、改質
器の反応部で改質原料とスチームとによる水蒸気改質反
応により水素を発生させ、この水蒸気改質反応の熱源に
溶融炭酸塩型燃料電池のアノードより排出される低カロ
リーガス燃料と助燃燃料を燃焼用空気により改質器の燃
焼部で燃焼させて得られる燃焼熱を利用する改質器を備
えた溶融炭酸塩型燃料電池用燃料供給方法において、溶
融炭酸塩型燃料電池の急速な負荷減少時は、まず、改質
器の燃焼部への燃焼用空気および前記低カロリーガス燃
料供給量を減少させて、改質器の燃焼部に蓄積された余
剰の熱を取り除いた後、改質器の反応部への改質原料と
スチームの改質器の供給量を減少させ、さらに、改質器
の反応部への改質原料とスチームの改質器の反応部への
供給量の変更の完了以前に、改質器の燃焼部への前記低
カロリーガス燃料供給量を増加させて、改質反応のため
の反応熱を確保する溶融炭酸塩型燃料電池用燃料供給方
法である。
【０００８】
【作用】本発明によれば、負荷増加時は、改質器の反応
部への改質原料量とスチーム量の増加に先行させて助燃
用の燃料量と燃焼用空気量を改質器燃焼部に増加投入
し、改質反応熱を確保し、さらに前記増加させた燃焼用
空気と助燃燃料との燃焼反応安定後に所定供給量だけ一
時的に過剰に改質器の燃焼部へ燃焼用空気を供給するこ
とにより、負荷上昇時に生じる改質器の燃焼部から反応
部への伝熱の遅れを低減させて、従来技術で問題であっ
た改質反応温度の異常低下によるＭＣＦＣ供給用のＨ２
発生量の減少を最小限にとどめることができるので、Ｍ
ＣＦＣ発電量の低下をきたすことがない。また、負荷減
少時は、改質器の反応部への原料量とスチーム量の減少
に先行させて、改質器の燃焼部へのアノード排ガスから
なる低カロリーガス燃料の燃料および燃焼用空気８の供
給量を減少させ、改質器の燃焼部に蓄積された余剰の熱
をとり除くことによって改質反応温度の異常上昇による
Ｈ２の過剰発生を抑制し、ＭＣＦＣ発電量の超過を防ぐ
とともに、改質反応管管壁温度の異常上昇を抑制するこ
とができる。さらに、炭化水素原料の供給量の変更完了
以前に、アノード排ガスからなる低カロリーガス燃料の
供給量を増加させ、燃料の触媒燃焼により改質反応のた
めの熱量を確保する。
部への改質原料量とスチーム量の増加に先行させて助燃
用の燃料量と燃焼用空気量を改質器燃焼部に増加投入
し、改質反応熱を確保し、さらに前記増加させた燃焼用
空気と助燃燃料との燃焼反応安定後に所定供給量だけ一
時的に過剰に改質器の燃焼部へ燃焼用空気を供給するこ
とにより、負荷上昇時に生じる改質器の燃焼部から反応
部への伝熱の遅れを低減させて、従来技術で問題であっ
た改質反応温度の異常低下によるＭＣＦＣ供給用のＨ２
発生量の減少を最小限にとどめることができるので、Ｍ
ＣＦＣ発電量の低下をきたすことがない。また、負荷減
少時は、改質器の反応部への原料量とスチーム量の減少
に先行させて、改質器の燃焼部へのアノード排ガスから
なる低カロリーガス燃料の燃料および燃焼用空気８の供
給量を減少させ、改質器の燃焼部に蓄積された余剰の熱
をとり除くことによって改質反応温度の異常上昇による
Ｈ２の過剰発生を抑制し、ＭＣＦＣ発電量の超過を防ぐ
とともに、改質反応管管壁温度の異常上昇を抑制するこ
とができる。さらに、炭化水素原料の供給量の変更完了
以前に、アノード排ガスからなる低カロリーガス燃料の
供給量を増加させ、燃料の触媒燃焼により改質反応のた
めの熱量を確保する。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例を図面とともに説明する。
図１に本実施例のＭＣＦＣシステムの改質器回りの燃料
等の供給系統を示す。図１における各々の流体制御弁に
ついては図４に示したものと同一符号のものは同一機能
をもつ制御弁である。各制御弁１、２、４、５、６、
７、８は制御装置内に設けられた負荷設定器１１と電気
信号にて連携しており、負荷急変に対応できるようにな
っている。まず、急速負荷増加時についての動作を説明
する。急速負荷増加時モードに切り替えを行い、負荷設
定器１１により負荷変化の起点と終点の流体（燃焼用空
気、原料、燃料（アノード排ガスからなる低カロリーガ
ス））の容量および変化時間（負荷応答時間）を指定す
ることによって、空気制御弁７→天然ガス助燃燃料制御
弁８→スチーム制御弁１→原料制御弁２→燃料ガス制御
弁４の順に開作動をさせ、改質反応温度の異常低下によ
るＭＣＦＣ供給用のＨ2発生量の減少を最小限にとどめ
る。
図１に本実施例のＭＣＦＣシステムの改質器回りの燃料
等の供給系統を示す。図１における各々の流体制御弁に
ついては図４に示したものと同一符号のものは同一機能
をもつ制御弁である。各制御弁１、２、４、５、６、
７、８は制御装置内に設けられた負荷設定器１１と電気
信号にて連携しており、負荷急変に対応できるようにな
っている。まず、急速負荷増加時についての動作を説明
する。急速負荷増加時モードに切り替えを行い、負荷設
定器１１により負荷変化の起点と終点の流体（燃焼用空
気、原料、燃料（アノード排ガスからなる低カロリーガ
ス））の容量および変化時間（負荷応答時間）を指定す
ることによって、空気制御弁７→天然ガス助燃燃料制御
弁８→スチーム制御弁１→原料制御弁２→燃料ガス制御
弁４の順に開作動をさせ、改質反応温度の異常低下によ
るＭＣＦＣ供給用のＨ2発生量の減少を最小限にとどめ
る。
【００１０】図２には本実施例の負荷増加時の各流体の
流量制御タイミングを示しており、改質原料である天然
ガス流量とスチーム流量の増加操作つまりスチーム制御
弁１と原料制御弁２を開くかまたは開度を大きくする前
に、これらに先行して、図１に示す空気制御弁７を開く
かまたは開度を大きくして燃焼用空気を確保する。さら
に、天然ガス制御弁８を開度を大きくして原料である天
然ガス流量、スチーム流量の増加操作に先行して助燃燃
料供給量を増加させて、改質器一段目燃焼部９での助燃
燃料の触媒燃焼により負荷増大に伴う反応必要熱量の増
加分を助燃料の燃焼熱で補う。こうして、原料天然ガス
の改質反応に必要な熱量を確保する。この先行的に燃焼
用空気の流量と助燃燃料の流量とを調節する期間は図２
の負荷応答時間（本実施例では７分間以内を目標とし
た。）内に行う。このとき、燃焼用空気は一定時間また
は一定量一時的に過剰投入することで、負荷増加率は通
常運転時の２０〜１００％増とすることができる。しか
る後に、スチームをスチーム制御弁１を開くかまたは開
度を大きくして供給量を増加させ、原料の天然ガスを原
料制御弁２を開くかまたは開度を大きくして、原料量、
スチーム量の改質反応管３への供給量を増加させて負荷
増加に対応させる。こうして、負荷増加時の負荷応答時
間内に触媒反応熱を確保することにより、従来技術で問
題であった、改質反応温度の異常低下によるＭＣＦＣ供
給用のＨ2発生量の減少を最小限にとどめることができ
るので、ＭＣＦＣ発電量の低下をきたすことがない。
流量制御タイミングを示しており、改質原料である天然
ガス流量とスチーム流量の増加操作つまりスチーム制御
弁１と原料制御弁２を開くかまたは開度を大きくする前
に、これらに先行して、図１に示す空気制御弁７を開く
かまたは開度を大きくして燃焼用空気を確保する。さら
に、天然ガス制御弁８を開度を大きくして原料である天
然ガス流量、スチーム流量の増加操作に先行して助燃燃
料供給量を増加させて、改質器一段目燃焼部９での助燃
燃料の触媒燃焼により負荷増大に伴う反応必要熱量の増
加分を助燃料の燃焼熱で補う。こうして、原料天然ガス
の改質反応に必要な熱量を確保する。この先行的に燃焼
用空気の流量と助燃燃料の流量とを調節する期間は図２
の負荷応答時間（本実施例では７分間以内を目標とし
た。）内に行う。このとき、燃焼用空気は一定時間また
は一定量一時的に過剰投入することで、負荷増加率は通
常運転時の２０〜１００％増とすることができる。しか
る後に、スチームをスチーム制御弁１を開くかまたは開
度を大きくして供給量を増加させ、原料の天然ガスを原
料制御弁２を開くかまたは開度を大きくして、原料量、
スチーム量の改質反応管３への供給量を増加させて負荷
増加に対応させる。こうして、負荷増加時の負荷応答時
間内に触媒反応熱を確保することにより、従来技術で問
題であった、改質反応温度の異常低下によるＭＣＦＣ供
給用のＨ2発生量の減少を最小限にとどめることができ
るので、ＭＣＦＣ発電量の低下をきたすことがない。
【００１１】なお、燃料ガスアノード排ガスについては
原料天然ガスおよびスチームの供給開始タイミングより
少し遅れて開始する。その理由はスチーム／カーボン比
が設定値より低下することにより、改質器一段目燃焼部
９の触媒層でカーボンが析出するのを防ぐためである。
なお、ここで、一段目の燃料ガスの供給タイミングより
遅れて二段目の燃料ガスの供給を開始するのは、二段目
の燃料ガス燃焼による急激な温度上昇を抑制するためで
ある。また、負荷減少時においても、急速負荷増加時と
同様に急速負荷減少時モードに切り替えを行い、負荷設
定器１１により負荷変化の起点と終点の流体（燃焼用空
気、原料、燃料（低カロリーガスであるアノード排ガ
ス））の容量および変化時間（負荷応答時間）を指定す
る。そして、負荷設定器１１よりの信号によって、燃料
ガス制御弁４→空気制御弁７→原料制御弁２→スチーム
制御弁１の順に閉じるかまたは開度を小さくする操作を
行う。
原料天然ガスおよびスチームの供給開始タイミングより
少し遅れて開始する。その理由はスチーム／カーボン比
が設定値より低下することにより、改質器一段目燃焼部
９の触媒層でカーボンが析出するのを防ぐためである。
なお、ここで、一段目の燃料ガスの供給タイミングより
遅れて二段目の燃料ガスの供給を開始するのは、二段目
の燃料ガス燃焼による急激な温度上昇を抑制するためで
ある。また、負荷減少時においても、急速負荷増加時と
同様に急速負荷減少時モードに切り替えを行い、負荷設
定器１１により負荷変化の起点と終点の流体（燃焼用空
気、原料、燃料（低カロリーガスであるアノード排ガ
ス））の容量および変化時間（負荷応答時間）を指定す
る。そして、負荷設定器１１よりの信号によって、燃料
ガス制御弁４→空気制御弁７→原料制御弁２→スチーム
制御弁１の順に閉じるかまたは開度を小さくする操作を
行う。
【００１２】図３には負荷減少時の各流体の流量制御タ
イミングを示しており、原料天然ガスの流量とスチーム
の流量の減少操作に先行して図４に示す燃料ガス制御弁
４（二段目制御弁６および一段目制御弁５）を閉じるか
または開度を小さくして、燃料ガスの改質器１０の二段
目の触媒燃焼領域と一段目の触媒燃焼領域である改質器
一段目燃焼部９への供給量を減少させ、かつ空気制御弁
７を閉じて燃焼用空気も減少させ、改質器１０内の蓄熱
が改質反応管３にできるだけ供給されないようにして、
しかるのちに、原料の天然ガス、スチームの供給量を減
少する操作を行う。なお、燃料ガス制御弁４のみは一定
負荷に減少した時点で、反応温度の逆低下を防止するた
めに、再度開操作をすることによって供給量を増加させ
て燃料の触媒燃焼により改質反応のための熱量を確保す
る。本実施例では、一段目の制御弁５の開度を大きくし
て燃料流量を増加させたが、これは一段目のみの開度制
御の方が制御手順がシンプルなためである。一段目の制
御弁５の開度制御に代えて二段目の制御弁６の開度制御
でもよい。なお、図３において、一段目の制御弁５の開
度により一段目の触媒燃焼領域である改質器一段目燃焼
部９へ供給する燃料流量に関する斜線部領域は燃料（ア
ノード排ガス）のブリード（系外放出）を示している。
イミングを示しており、原料天然ガスの流量とスチーム
の流量の減少操作に先行して図４に示す燃料ガス制御弁
４（二段目制御弁６および一段目制御弁５）を閉じるか
または開度を小さくして、燃料ガスの改質器１０の二段
目の触媒燃焼領域と一段目の触媒燃焼領域である改質器
一段目燃焼部９への供給量を減少させ、かつ空気制御弁
７を閉じて燃焼用空気も減少させ、改質器１０内の蓄熱
が改質反応管３にできるだけ供給されないようにして、
しかるのちに、原料の天然ガス、スチームの供給量を減
少する操作を行う。なお、燃料ガス制御弁４のみは一定
負荷に減少した時点で、反応温度の逆低下を防止するた
めに、再度開操作をすることによって供給量を増加させ
て燃料の触媒燃焼により改質反応のための熱量を確保す
る。本実施例では、一段目の制御弁５の開度を大きくし
て燃料流量を増加させたが、これは一段目のみの開度制
御の方が制御手順がシンプルなためである。一段目の制
御弁５の開度制御に代えて二段目の制御弁６の開度制御
でもよい。なお、図３において、一段目の制御弁５の開
度により一段目の触媒燃焼領域である改質器一段目燃焼
部９へ供給する燃料流量に関する斜線部領域は燃料（ア
ノード排ガス）のブリード（系外放出）を示している。
【００１３】こうして、負荷減少時は、改質器１０内の
余剰な反応熱をとり除いた後に、原料の天然ガス、スチ
ームの供給量を減少させることによって改質反応温度の
異常上昇によるＨ2の過剰発生を抑制し、ＭＣＦＣ発電
量の超過を防ぐとともに、改質反応管管壁温度の異常上
昇を抑制する。本実施例の制御方式により、ＭＣＦＣの
負荷増加時は、上記反応温度の低下が従来技術では８０
℃であったものが、本制御方式では５０℃以下に制御す
ることができた。また、ＭＣＦＣの負荷減少時は、従来
技術では６０℃の異常温度上昇が発生したものが本制御
方式によれば４０℃以下に制御できた。
余剰な反応熱をとり除いた後に、原料の天然ガス、スチ
ームの供給量を減少させることによって改質反応温度の
異常上昇によるＨ2の過剰発生を抑制し、ＭＣＦＣ発電
量の超過を防ぐとともに、改質反応管管壁温度の異常上
昇を抑制する。本実施例の制御方式により、ＭＣＦＣの
負荷増加時は、上記反応温度の低下が従来技術では８０
℃であったものが、本制御方式では５０℃以下に制御す
ることができた。また、ＭＣＦＣの負荷減少時は、従来
技術では６０℃の異常温度上昇が発生したものが本制御
方式によれば４０℃以下に制御できた。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、電力需要の急激な変動
に対応するために、急速にＭＣＦＣの燃料となる水素の
発生量を変動する操作が燃料供給システムに課せられた
命題である急速負荷変動に円滑かつ安全に対応すること
ができる。
に対応するために、急速にＭＣＦＣの燃料となる水素の
発生量を変動する操作が燃料供給システムに課せられた
命題である急速負荷変動に円滑かつ安全に対応すること
ができる。
【図１】 本発明の一実施例の改質器の制御フロー図。
【図２】 本発明の一実施例の負荷増加時の改質時の改
質器の経時的な挙動を示す図。
質器の経時的な挙動を示す図。
【図３】 本発明の一実施例の負荷減少時の改質器の経
済的な挙動を示す図。
済的な挙動を示す図。
【図４】 改質器へ供給する流体および制御弁の設置位
置を表すフロー図。
置を表すフロー図。
【図５】 実験にて得られた従来技術の負荷増加時の改
質器の経時的な挙動を示す図。
質器の経時的な挙動を示す図。
【図６】 実験にて得られた従来技術の負荷減少時の改
質器の経時的な挙動を示す図。
質器の経時的な挙動を示す図。
１…スチーム制御弁、２…原料制御弁、３…改質反応
管、４…燃料ガス制御弁、５…一段目制御弁、６…二段
目制御弁、７…空気制御弁、８…天然ガス制御弁、９…
改質器一段目燃焼部、１０…改質器、１１…負荷設定器
管、４…燃料ガス制御弁、５…一段目制御弁、６…二段
目制御弁、７…空気制御弁、８…天然ガス制御弁、９…
改質器一段目燃焼部、１０…改質器、１１…負荷設定器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−45764（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−168571（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−267273（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−133782（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24 C01B 3/38
Claims (2)
- 【請求項１】 改質器の反応部で改質原料とスチームと
による水蒸気改質反応により水素を発生させ、この水蒸
気改質反応の熱源に溶融炭酸塩型燃料電池のアノードよ
り排出される低カロリーガス燃料と助燃燃料を燃焼用空
気により改質器の燃焼部で燃焼させて得られる燃焼熱を
利用する改質器を備えた溶融炭酸塩型燃料電池用燃料供
給方法において、 溶融炭酸塩型燃料電池の急速負荷上昇時には、改質器の
反応部への改質原料供給量を増加させる以前に、先行的
に改質器の燃焼部への燃焼用空気供給量と助燃燃料量を
増加させ改質反応熱を確保し、さらに前記増加させた燃
焼用空気と助燃燃料との燃焼反応安定後に所定供給量だ
け一時的に過剰に改質器の燃焼部へ燃焼用空気を供給し
て改質器の燃焼部から反応部への伝熱の遅れを低減さ
せ、その後、改質原料とスチームの改質器の反応部への
供給量を増加させ、さらに改質原料とスチームの改質器
の反応部への供給量を増加させるタイミングより遅らせ
て前記低カロリーガス燃料の改質器の燃焼部への供給量
の増加を開始することを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電
池用燃料供給方法。 - 【請求項２】 改質器の反応部で改質原料とスチームと
による水蒸気改質反応により水素を発生させ、この水蒸
気改質反応の熱源に溶融炭酸塩型燃料電池のアノードよ
り排出される低カロリーガス燃料と助燃燃料を燃焼用空
気により改質器の燃焼部で燃焼させて得られる燃焼熱を
利用する改質器を備えた溶融炭酸塩型燃料電池用燃料供
給方法において、 溶融炭酸塩型燃料電池の急速な負荷減少時は、まず、改
質器の燃焼部への燃焼用空気および前記低カロリーガス
燃料供給量を減少させて、改質器の燃焼部に蓄積された
余剰の熱を取り除いた後、改質器の反応部への改質原料
とスチームの改質器の反応部への供給量を減少させ、さ
らに、改質器の反応部への改質原料とスチームの改質器
の供給量の変更の完了以前に、改質器の燃焼部への前記
低カロリーガス燃料供給量を増加させて、改質反応のた
めの反応熱を確保することを特徴とする溶融炭酸塩型燃
料電池用燃料供給方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5017226A JP2846205B2 (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | 溶融炭酸塩型燃料電池用燃料供給方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5017226A JP2846205B2 (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | 溶融炭酸塩型燃料電池用燃料供給方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06231790A JPH06231790A (ja) | 1994-08-19 |
| JP2846205B2 true JP2846205B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=11938039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5017226A Expired - Fee Related JP2846205B2 (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | 溶融炭酸塩型燃料電池用燃料供給方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2846205B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000119001A (ja) | 1998-10-13 | 2000-04-25 | Toyota Motor Corp | 水素生成装置 |
| JP5081574B2 (ja) * | 2007-10-23 | 2012-11-28 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システムの負荷増加時の運転方法 |
| JP5081573B2 (ja) * | 2007-10-23 | 2012-11-28 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システムの負荷減少時の運転方法 |
| JP2011108526A (ja) * | 2009-11-18 | 2011-06-02 | Eneos Celltech Co Ltd | 燃料電池システム |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58133782A (ja) * | 1982-02-01 | 1983-08-09 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電プラント制御システム |
| JPH0824054B2 (ja) * | 1985-05-22 | 1996-03-06 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池発電プラントとその制御方法 |
| JPS6345764A (ja) * | 1986-08-12 | 1988-02-26 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電プラントの運転制御装置 |
| JPH02168571A (ja) * | 1988-08-17 | 1990-06-28 | Tohoku Electric Power Co Inc | 燃料電池発電装置の制御方法 |
-
1993
- 1993-02-04 JP JP5017226A patent/JP2846205B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06231790A (ja) | 1994-08-19 |
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