JP4855688B2 - Fuel cell power generation system - Google Patents

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Description

本発明は燃料電池発電システムに関し、特に簡単な構成で選択酸化部に供給する酸素量と改質ガスに混入する酸素量とを調整して燃料電池の性能の低下を抑制した燃料電池発電システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell power generation system, and more particularly, to a fuel cell power generation system in which deterioration of fuel cell performance is suppressed by adjusting the amount of oxygen supplied to a selective oxidation unit and the amount of oxygen mixed in reformed gas with a simple configuration. Is.

近年の地球環境保全意識の高まりを背景に、二酸化炭素排出抑制に資する燃料電池で発電する燃料電池発電システムが注目を集めている。燃料電池発電システムとして、水素と酸素とを導入してこれらの電気化学的反応により発電する燃料電池と、炭化水素系燃料を導入してこれを改質し燃料電池に供給するための改質ガスを生成する燃料処理装置とを備えたものが知られている。燃料電池は電気化学的反応を促進させるための触媒を有しており、この触媒は一酸化炭素により被毒する性質を有していることが多い。そのため、燃料処理装置では、炭化水素系の燃料を改質した後、これに含まれる一酸化炭素濃度を低減するため、空気を導入して一酸化炭素と反応させて、一酸化炭素濃度が低減した改質ガスを生成し、燃料電池へ供給するのが一般的である。ただ、一酸化炭素濃度が低減した改質ガスを燃料電池へ供給しても、燃料電池の触媒と改質ガスに含まれる二酸化炭素とが逆シフト反応を起こして一酸化炭素が発生し、この一酸化炭素により燃料電池の触媒が被毒して燃料電池の性能が低下することがあった。この逆シフト反応に起因する燃料電池の性能低下を避けるため、改質ガスに微量の空気を混入し、逆シフト反応により発生した一酸化炭素を燃料電池の触媒で燃焼処理して触媒の被毒を回避する方法がある。   With the growing awareness of global environmental conservation in recent years, fuel cell power generation systems that generate power with fuel cells that contribute to the suppression of carbon dioxide emissions are attracting attention. As a fuel cell power generation system, a fuel cell that generates hydrogen and oxygen by introducing hydrogen and oxygen, and a reformed gas that introduces a hydrocarbon-based fuel, reforms it, and supplies it to the fuel cell There is known a fuel processing device that generates a fuel. A fuel cell has a catalyst for promoting an electrochemical reaction, and this catalyst often has a property of being poisoned by carbon monoxide. Therefore, in the fuel processor, after reforming the hydrocarbon fuel, the carbon monoxide concentration is reduced by introducing air and reacting with the carbon monoxide in order to reduce the carbon monoxide concentration contained in the fuel. In general, the reformed gas is generated and supplied to the fuel cell. However, even if the reformed gas with a reduced carbon monoxide concentration is supplied to the fuel cell, the catalyst of the fuel cell and the carbon dioxide contained in the reformed gas cause a reverse shift reaction to generate carbon monoxide. Carbon monoxide may poison the fuel cell catalyst and reduce the performance of the fuel cell. To avoid fuel cell performance degradation due to the reverse shift reaction, a small amount of air is mixed into the reformed gas, and the carbon monoxide generated by the reverse shift reaction is combusted with the fuel cell catalyst to poison the catalyst. There is a way to avoid this.

従来の燃料電池発電システムは、燃料処理装置に導入する空気を導く選択酸化空気供給ラインと、改質ガスに混入する微量の空気を導くブリード空気供給ラインとを備えており、それぞれのラインに制御弁とブロワを設けていた(特許文献1参照)。また、燃料処理装置に導入する空気及び改質ガスに混入する空気は適切な量に調整する必要があるため、制御弁として、流量計と流量制御弁を兼ねるマスフローコントローラが用いられていた。
特開2004−207135号公報
Conventional fuel cell power generation systems are equipped with a selective oxidation air supply line that guides air to be introduced into the fuel processor and a bleed air supply line that guides a small amount of air mixed in the reformed gas. A valve and a blower were provided (see Patent Document 1). In addition, since it is necessary to adjust the air introduced into the fuel processing apparatus and the air mixed into the reformed gas to appropriate amounts, a mass flow controller serving both as a flow meter and a flow control valve has been used as a control valve.
JP 2004-207135 A

しかし、マスフローコントローラは、高価であるためコストが増大すると共に外形寸法が大きいため大きな設置スペースが必要であった。また、ブロワを各ラインに別々に設けると、コスト増、スペース増に加えて騒音が大きくなるという問題があった。   However, since the mass flow controller is expensive, the cost is increased and the external dimensions are large, so that a large installation space is required. In addition, if a blower is provided separately for each line, there is a problem that noise is increased in addition to an increase in cost and space.

本発明は上述の課題に鑑み、簡単な構成で、選択酸化部に供給する酸素量と改質ガスに混入する酸素量とを調整して、燃料電池の性能の低下を抑制した燃料電池発電システムを提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, the present invention has a simple configuration and adjusts the amount of oxygen supplied to the selective oxidation unit and the amount of oxygen mixed in the reformed gas, thereby suppressing a decrease in fuel cell performance. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明に係る燃料電池発電システムは、例えば図1に示すように、炭化水素系燃料hを導入して水素に富む改質ガスgを生成する燃料処理装置2であって、炭化水素系燃料hを改質して一酸化炭素を含み水素に富む混合改質ガスrを生成する改質部21と、混合改質ガスrに含まれる一酸化炭素濃度を低減して改質ガスgを生成する選択酸化部23とを有する燃料処理装置2と;改質ガスgを導入して発電する燃料電池3と;燃料処理装置2で生成された改質ガスgを燃料電池3に導く改質ガスライン16と;酸素含有ガスkを圧送する圧送機33であって、吐出流量が可変に構成された圧送機33と;圧送機33で圧送される酸素含有ガスkから分流された第1の酸素含有ガスk1と第2の酸素含有ガスk2のうち第1の酸素含有ガスk1を選択酸化部23に送る選択酸化ガス供給ライン12と;第2の酸素含有ガスk2を改質ガスライン16に導くブリードガス供給ライン18であって、第2の酸素含有ガスk2の流量が第1の酸素含有ガスk1の流量に対して1/6〜1/7の流量となるように調整する流量調整機構51を有するブリードガス供給ライン18と;選択酸化部23に導入される第1の酸素含有ガスk1の流量が、改質部21に導入された炭化水素系燃料hの流量から算出された改質ガスgの流量の2〜10体積%となるように圧送機33の吐出流量を制御する制御装置4とを備える。 In order to achieve the above object, a fuel cell power generation system according to the invention described in claim 1 generates a reformed gas g rich in hydrogen by introducing a hydrocarbon fuel h as shown in FIG. The fuel processing apparatus 2 includes a reforming unit 21 that reforms a hydrocarbon-based fuel h to generate a mixed reformed gas r containing carbon monoxide and rich in hydrogen, and a monoxide contained in the mixed reformed gas r. A fuel processor 2 having a selective oxidation unit 23 for generating a reformed gas g by reducing the carbon concentration; a fuel cell 3 for generating power by introducing the reformed gas g; and a reformer generated by the fuel processor 2 A reformed gas line 16 that guides the gaseous gas g to the fuel cell 3; a pressure feeder 33 that pumps the oxygen-containing gas k, and a pressure feeder 33 that has a variable discharge flow rate ; First oxygen-containing gas k1 and second oxygen separated from oxygen-containing gas k A selective oxidizing gas supply line 12 for sending the first oxygen-containing gas k1 of the gas k2 to the selective oxidation unit 23; and a bleed gas supply line 18 for guiding the second oxygen-containing gas k2 to the reformed gas line 16. A bleed gas supply line 18 having a flow rate adjusting mechanism 51 for adjusting the flow rate of the second oxygen-containing gas k2 to be 1/6 to 1/7 of the flow rate of the first oxygen-containing gas k1. The flow rate of the first oxygen-containing gas k1 introduced into the selective oxidation unit 23 is 2 to 10 volumes of the flow rate of the reformed gas g calculated from the flow rate of the hydrocarbon-based fuel h introduced into the reforming unit 21; And a control device 4 that controls the discharge flow rate of the pressure feeder 33 so as to be% .

このように構成すると、圧送機で圧送される酸素含有ガスから分流された第1の酸素含有ガスと第2の酸素含有ガスのうち第1の酸素含有ガスを選択酸化部に送る選択酸化ガス供給ラインと、第2の酸素含有ガスを改質ガスラインに導くブリードガス供給ラインとを備えるので、1台の圧送機で酸素含有ガスを選択酸化部と改質ガスラインとに供給することができる。また、第2の酸素含有ガスの流量が第1の酸素含有ガスの流量に対して1/6〜1/7の流量となるように調整する流量調整機構を有するブリードガス供給ラインを備えるので、適切な流量の酸素含有ガスを改質ガスラインに供給することができる。 If comprised in this way, the selective oxidation gas supply which sends 1st oxygen containing gas to the selective oxidation part among the 1st oxygen containing gas and the 2nd oxygen containing gas which were branched from the oxygen containing gas pumped with a pressure feeder Line and a bleed gas supply line that guides the second oxygen-containing gas to the reformed gas line, so that the oxygen-containing gas can be supplied to the selective oxidation unit and the reformed gas line with a single pressure feeder. . Moreover, since the bleed gas supply line having a flow rate adjusting mechanism that adjusts the flow rate of the second oxygen-containing gas to be 1/6 to 1/7 of the flow rate of the first oxygen-containing gas, An appropriate flow rate of oxygen-containing gas can be supplied to the reformed gas line.

また、請求項2に記載の発明に係る燃料電池発電システムは、例えば図1に示すように、請求項1に記載の燃料電池発電システム1において、流量調整機構51が固定オリフィスである。   Further, in the fuel cell power generation system according to the second aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, in the fuel cell power generation system 1 according to the first aspect, the flow rate adjusting mechanism 51 is a fixed orifice.

このように構成すると、より簡単な構成で、第2の酸素含有ガスの流量を、第1の酸素含有ガスの流量に対して予め所定の比率の流量となるように調整することができる。   With this configuration, the flow rate of the second oxygen-containing gas can be adjusted in advance with a predetermined ratio to the flow rate of the first oxygen-containing gas with a simpler configuration.

また、請求項3に記載の発明に係る燃料電池発電システムは、例えば図1に示すように、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池発電システム1において、改質部21に導入される炭化水素系燃料hの流量を計測するマスフローコントローラ32を備え;選択酸化ガス供給ライン12は、第1の酸素含有ガスk1の流れを止める閉止手段34と第1の酸素含有ガスk1の流量を計測する流量計測手段48とを有し、制御装置4が、マスフローコントローラ32から受信した炭化水素系燃料hの流量信号から、燃料処理装置2において生成される改質ガスgの流量を算出する。 Further, the fuel cell power generation system according to the invention described in claim 3 is introduced into the reforming unit 21 in the fuel cell power generation system 1 described in claim 1 or 2, as shown in FIG. A mass flow controller 32 for measuring the flow rate of the hydrocarbon-based fuel h is provided; the selective oxidizing gas supply line 12 measures the flow rate of the closing means 34 for stopping the flow of the first oxygen-containing gas k1 and the flow rate of the first oxygen-containing gas k1. to possess a flow measuring means 48, the control device 4, the flow signal of the hydrocarbon-based fuel h received from the mass flow controller 32 calculates the flow rate of the reformed gas g produced in fuel processor 2.

このように構成すると、第1の酸素含有ガスの流れを止める閉止手段を有するので、装置が故障したときに燃料ガスが外部に漏れることを防ぐことができ、また、第1の酸素含有ガスの流量を計測する流量計測手段を有するので、選択酸化部に導く第1の酸素含有ガスの流量が適切か否かを確認することができる。   If comprised in this way, since it has a closing means which stops the flow of the 1st oxygen content gas, it can prevent that fuel gas leaks outside when a device fails, and also the 1st oxygen content gas Since the flow rate measuring means for measuring the flow rate is provided, it can be confirmed whether or not the flow rate of the first oxygen-containing gas led to the selective oxidation unit is appropriate.

また、請求項4に記載の発明に係る燃料電池発電システムは、例えば図1に示すように、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池発電システム1において、圧送機33の吸込み側に活性炭フィルタ56を備えている。   A fuel cell power generation system according to a fourth aspect of the present invention is the fuel cell power generation system 1 according to any one of the first to third aspects, for example, as shown in FIG. An activated carbon filter 56 is provided on the suction side.

このように構成すると、圧送機の吸込み側に活性炭フィルタを備えているので、選択酸化部と改質ガスラインとに供給する酸素含有ガスに不純物が含まれている場合に不純物の系内への持ち込みを抑制することができる。   If comprised in this way, since the activated carbon filter is provided in the suction side of a pressure feeder, when impurities are contained in oxygen content gas supplied to a selective oxidation part and a reformed gas line, an impurity is entered into a system. Bringing in can be suppressed.

本発明によれば、第1の酸素含有ガスの流量に対する所定の比率の流量の第2の酸素含有ガスを改質ガスラインに導くブリードガス供給ラインを備えるので、1台の圧送機で適切な量の酸素含有ガスを選択酸化部と改質ガスラインとに供給することができ、簡単な構成で、選択酸化部に供給する酸素量と改質ガスに混入する酸素量とを調整して、燃料電池の性能の低下を抑制した燃料電池発電システムとなる。   According to the present invention, since the bleed gas supply line that guides the second oxygen-containing gas having a flow rate of a predetermined ratio to the flow rate of the first oxygen-containing gas to the reformed gas line is provided, it is suitable for one pumping machine. An amount of oxygen-containing gas can be supplied to the selective oxidation unit and the reformed gas line, and with a simple configuration, the amount of oxygen supplied to the selective oxidation unit and the amount of oxygen mixed in the reformed gas are adjusted, A fuel cell power generation system that suppresses the deterioration of the performance of the fuel cell.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池発電システムついて説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する装置には同一符号を付し、重複した説明は省略する。また、図1中、破線は制御信号を表す。   Hereinafter, a fuel cell power generation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same or equivalent devices are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In FIG. 1, a broken line represents a control signal.

図1を参照して、まず、燃料電池発電システム1の構成について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る燃料電池発電システム1を説明するブロック図である。燃料電池発電システム1は、燃料処理装置2と、燃料電池3と、制御装置4とを備えている。また、燃料処理装置2には、燃料供給ライン11と、選択酸化ガス供給ライン12と、プロセス水供給ライン13とが接続されている。燃料処理装置2と燃料電池3との間には、これらを結ぶ改質ガスライン16が設けられている。燃料電池3には、酸化剤ガスライン19が接続されている。選択酸化ガス供給ライン12は酸素含有ガスライン10から分岐されている。また、酸素含有ガスライン10からは、選択酸化ガス供給ライン12とは別のブリードガス供給ライン18が分岐されており、改質ガスライン16に接続されている。   First, the configuration of the fuel cell power generation system 1 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating a fuel cell power generation system 1 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell power generation system 1 includes a fuel processing device 2, a fuel cell 3, and a control device 4. In addition, a fuel supply line 11, a selective oxidizing gas supply line 12, and a process water supply line 13 are connected to the fuel processing apparatus 2. A reformed gas line 16 is provided between the fuel processor 2 and the fuel cell 3 to connect them. An oxidant gas line 19 is connected to the fuel cell 3. The selective oxidizing gas supply line 12 is branched from the oxygen-containing gas line 10. In addition, a bleed gas supply line 18 that is different from the selective oxidizing gas supply line 12 is branched from the oxygen-containing gas line 10, and is connected to the reformed gas line 16.

燃料処理装置2は、炭化水素系の燃料hとプロセス水pとを導入し、燃料hを改質して水素に富む改質ガスgを生成する装置である。水素に富む改質ガスgとは、水素を40体積%以上、典型的には75体積%程度含んだ、燃料電池3に供給するガスである。燃料処理装置2は、改質部21と、変成部22と、選択酸化部23と、水蒸気発生部24と、バーナー部25とを有している。ここで、燃料処理装置2を構成するこれらの各部について説明する。   The fuel processing apparatus 2 is an apparatus that introduces a hydrocarbon-based fuel h and process water p and reforms the fuel h to generate a reformed gas g rich in hydrogen. The reformed gas g rich in hydrogen is a gas to be supplied to the fuel cell 3 containing hydrogen in an amount of 40% by volume or more, typically about 75% by volume. The fuel processing apparatus 2 includes a reforming unit 21, a shift conversion unit 22, a selective oxidation unit 23, a steam generation unit 24, and a burner unit 25. Here, each part which comprises the fuel processing apparatus 2 is demonstrated.

改質部21は、燃料hと改質用蒸気sとを導入し、水蒸気改質反応により、燃料hを混合改質ガスrに改質するように構成されている。混合改質ガスrは、水素と、一酸化炭素と、二酸化炭素を含んでいる。混合改質ガスr中には、典型的には、水素が40体積%以上で70体積%程度含まれており、一酸化炭素が10体積%程度含まれている。改質部21には改質触媒が充填されており、水蒸気改質反応を促進させるように構成されている。改質触媒には、典型的には、ニッケル系改質触媒やルテニウム系改質触媒が用いられる。改質部21で生成された混合改質ガスrが変成部22に送られるように、改質部21と変成部22とは接続されている。なお、以下の説明において「接続され」とは、流路等を介して接続される場合も含む。他方、改質部21には、燃料hを導入する燃料供給ライン11が接続されている。   The reforming unit 21 is configured to introduce the fuel h and the reforming steam s and reform the fuel h into the mixed reformed gas r by a steam reforming reaction. The mixed reformed gas r contains hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide. The mixed reformed gas r typically contains about 40% by volume or more and about 70% by volume of hydrogen, and about 10% by volume of carbon monoxide. The reforming unit 21 is filled with a reforming catalyst, and is configured to promote a steam reforming reaction. Typically, a nickel-based reforming catalyst or a ruthenium-based reforming catalyst is used as the reforming catalyst. The reformer 21 and the shifter 22 are connected so that the mixed reformed gas r generated in the reformer 21 is sent to the shifter 22. In the following description, “connected” includes the case of being connected via a flow path or the like. On the other hand, a fuel supply line 11 for introducing fuel h is connected to the reforming unit 21.

変成部22は、改質部21から混合改質ガスrを導入し、混合改質ガスrに含まれる一酸化炭素を、同じく混合改質ガスrに含まれる水分と変成反応させて、二酸化炭素と水素とを生成するように構成されている。変成部22には、変成触媒が充填されており、変成反応を促進させるように構成されている。変成触媒には、典型的には、鉄−クロム系変成触媒、銅−亜鉛系変成触媒、白金系変成触媒等が用いられる。変成部22で変成された混合改質ガスrが選択酸化部23に送られるように、変成部22と選択酸化部23とは接続されている。   The shift unit 22 introduces the mixed reformed gas r from the reforming unit 21, causes the carbon monoxide contained in the mixed reformed gas r to undergo a shift reaction with moisture contained in the mixed reformed gas r, and produces carbon dioxide. And hydrogen. The shift unit 22 is filled with a shift catalyst and is configured to promote the shift reaction. As the shift catalyst, typically, an iron-chromium shift catalyst, a copper-zinc shift catalyst, a platinum shift catalyst, or the like is used. The shift converter 22 and the selective oxidation section 23 are connected so that the mixed reformed gas r converted in the shift section 22 is sent to the selective oxidation section 23.

選択酸化部23は、変成部22から変成された混合改質ガスrを導入し、系外から第1の酸素含有ガスk1を導入して、変成された混合改質ガスr中に残存した一酸化炭素と第1の酸素含有ガスk1との選択酸化反応により、変成された混合改質ガスrからさらに一酸化炭素濃度を低減させ、水素に富む改質ガスgを生成するように構成されている。改質ガスgは、前述のように、水素を40%以上、典型的には75%程度含むガスである。改質ガスg中の一酸化炭素濃度は、およそ10ppm以下程度である。選択酸化部23には、選択酸化触媒が充填されている。選択酸化触媒には、典型的には、白金系選択酸化触媒、ルテニウム系選択酸化触媒、白金−ルテニウム系選択酸化触媒等が用いられる。選択酸化部23には、第1の酸素含有ガスk1を導入するための選択酸化ガス供給ライン12と、改質ガスgを燃料電池3に送るための改質ガスライン16とが接続されている。   The selective oxidation unit 23 introduces the mixed reformed gas r transformed from the transformation unit 22, introduces the first oxygen-containing gas k1 from the outside of the system, and remains in the transformed mixed reformed gas r. By the selective oxidation reaction of carbon oxide and the first oxygen-containing gas k1, the carbon monoxide concentration is further reduced from the modified reformed reformed gas r to generate a reformed gas g rich in hydrogen. Yes. As described above, the reformed gas g is a gas containing hydrogen of 40% or more, typically about 75%. The carbon monoxide concentration in the reformed gas g is about 10 ppm or less. The selective oxidation unit 23 is filled with a selective oxidation catalyst. Typically, a platinum-based selective oxidation catalyst, a ruthenium-based selective oxidation catalyst, a platinum-ruthenium-based selective oxidation catalyst, or the like is used as the selective oxidation catalyst. A selective oxidation gas supply line 12 for introducing the first oxygen-containing gas k1 and a reformed gas line 16 for sending the reformed gas g to the fuel cell 3 are connected to the selective oxidation unit 23. .

水蒸気発生部24は、プロセス水pを導入し、これを熱によって蒸発させて水蒸気を生成するように構成されている。プロセス水pを蒸発させるための熱には、変成部22における変成反応の際に発生する熱や、選択酸化部23における選択酸化反応の際に発生する熱を用いるのが好ましいが、別途バーナーや電気ヒータ等の加熱手段を設けてこれらから発生する熱を用いてもよい。水蒸気発生部24には、系外からプロセス水pを導入するためのプロセス水供給ライン13が接続されている。また、水蒸気発生部24には、水蒸気発生部24で生成された改質用蒸気sを改質部21に送るための改質用蒸気供給ライン15が接続されている。改質部21側の改質用蒸気供給ライン15は、改質部21直近の燃料供給ライン11に接続されていると、燃料hと改質用蒸気sとが混合された状態で改質部21に導入されて好適である。しかしながら、改質用蒸気供給ライン15が改質部21に直接接続されていてもよい。   The steam generation unit 24 is configured to introduce process water p and evaporate it with heat to generate steam. As heat for evaporating the process water p, it is preferable to use heat generated during the shift reaction in the shift unit 22 or heat generated during the selective oxidation reaction in the selective oxidation unit 23. A heating means such as an electric heater may be provided to use heat generated therefrom. A process water supply line 13 for introducing process water p from outside the system is connected to the water vapor generating unit 24. Further, the steam generating unit 24 is connected to a reforming steam supply line 15 for sending the reforming steam s generated by the steam generating unit 24 to the reforming unit 21. When the reforming steam supply line 15 on the reforming section 21 side is connected to the fuel supply line 11 closest to the reforming section 21, the reforming section is in a state where the fuel h and the reforming steam s are mixed. 21 is suitable. However, the reforming steam supply line 15 may be directly connected to the reforming unit 21.

バーナー部25は、燃料hの一部と燃焼用空気k4とを導入し、燃料hを燃焼させて、改質部21に供給する改質熱を生成するように構成されている。改質部21における改質反応は吸熱反応であるため、改質部21は改質熱を必要とする。バーナー部25は、燃料hを燃焼するためのバーナーを有している。バーナー部25は、燃料電池3から排出されるアノードオフガスfaを導入して燃焼させることができるようにも構成されている。アノードオフガスfaは、燃料電池3における電気化学的反応に使用されなかった水素を含んでいる。バーナー部25は、典型的には、燃料電池発電システム1の起動時には燃料hを導入し、これを燃焼させて改質熱を発生させ、燃料電池3が運転されて燃料電池3からアノードオフガスfaが排出されるようになるとアノードオフガスfaを導入し、これを燃焼させて改質熱を発生させるように構成されている。バーナー部25で燃焼した後に発生する燃焼排ガスeは、燃焼排ガスライン26を介してバーナー部25から排出される。バーナー部25には、燃料hを導入するための燃焼用ガス供給ライン14、アノードオフガスfaを導入するためのアノードオフガスライン17、及び燃焼用空気k4を導入するための燃焼空気ライン27が接続されている。また、バーナー部25には、燃焼排ガスeを排出するための燃焼排ガスライン26が接続されている。   The burner unit 25 is configured to introduce a part of the fuel h and the combustion air k4, burn the fuel h, and generate reforming heat to be supplied to the reforming unit 21. Since the reforming reaction in the reforming unit 21 is an endothermic reaction, the reforming unit 21 requires reforming heat. The burner unit 25 has a burner for burning the fuel h. The burner unit 25 is also configured to introduce and burn the anode off gas fa discharged from the fuel cell 3. The anode off gas fa contains hydrogen that was not used for the electrochemical reaction in the fuel cell 3. Typically, the burner unit 25 introduces the fuel h when the fuel cell power generation system 1 is started, burns the fuel h to generate reforming heat, the fuel cell 3 is operated, and the anode off gas fa from the fuel cell 3 is operated. Is discharged, the anode off gas fa is introduced and combusted to generate reforming heat. The combustion exhaust gas e generated after combustion in the burner unit 25 is discharged from the burner unit 25 via the combustion exhaust gas line 26. A combustion gas supply line 14 for introducing the fuel h, an anode offgas line 17 for introducing the anode offgas fa, and a combustion air line 27 for introducing the combustion air k4 are connected to the burner section 25. ing. In addition, a combustion exhaust gas line 26 for discharging the combustion exhaust gas e is connected to the burner portion 25.

改質部21に導入される燃料hとしては、典型的には、都市ガス、LPG、消化ガス等の気体の炭化水素系燃料が用いられる。しかしながら、メタノール、GTL(Gas to Liquid)や灯油等の液体の炭化水素系燃料を用いてもよい。燃料hとして液体の炭化水素系燃料を用いる場合は、改質部21に導入する前に気化させることが好ましい。改質部21に導入する燃料hとバーナー部25に導入する燃料hとは同種のものでもよいし異なる種類のものでもよい。   As the fuel h introduced into the reforming unit 21, a gaseous hydrocarbon fuel such as city gas, LPG, digestion gas or the like is typically used. However, liquid hydrocarbon fuels such as methanol, GTL (Gas to Liquid) and kerosene may be used. When a liquid hydrocarbon fuel is used as the fuel h, it is preferable to vaporize it before introducing it into the reforming section 21. The fuel h introduced into the reforming unit 21 and the fuel h introduced into the burner unit 25 may be of the same type or different types.

ここまで、燃料処理装置2の構成を詳しく説明したが、再び、燃料電池発電システム1の構成の説明に戻る。   Up to this point, the configuration of the fuel processor 2 has been described in detail, but the description will return to the configuration of the fuel cell power generation system 1 again.

燃料電池3は、改質ガスgと酸化剤ガスk3とを導入し、改質ガスg中の水素と酸化剤ガスk3中の酸素との電気化学的反応により発電して水及び熱を発生するように構成されている。燃料電池3は、典型的には、固体高分子型燃料電池である。   The fuel cell 3 introduces the reformed gas g and the oxidant gas k3, and generates water and heat by generating electricity through an electrochemical reaction between hydrogen in the reformed gas g and oxygen in the oxidant gas k3. It is configured as follows. The fuel cell 3 is typically a polymer electrolyte fuel cell.

図2(a)に示すように、燃料電池3は、セルCLが複数積層されて構成されている。セルCLが複数積層されたものをスタックと呼び、以降の説明では、これを「燃料電池スタック」と呼ぶこともある。また、図2(b)に示すように、単一のセルCLは、固体高分子膜301を燃料極302と酸化剤極303とで挟み、これをさらにセパレータ304で挟んで構成されている。上述の改質ガスgは燃料極302に導入され、酸化剤ガスk3は酸化剤極303に導入されるように構成されている。燃料電池3で発電された直流電力はパワーコンディショナー5に送電され、パワーコンディショナー5で交流電力に変換された後、系外の電力負荷に送電されるように構成されている。   As shown in FIG. 2A, the fuel cell 3 is configured by stacking a plurality of cells CL. A stack of a plurality of cells CL is referred to as a stack, and in the following description, this may be referred to as a “fuel cell stack”. As shown in FIG. 2B, the single cell CL is configured by sandwiching a solid polymer film 301 between a fuel electrode 302 and an oxidant electrode 303 and further sandwiching it between separators 304. The above-described reformed gas g is introduced into the fuel electrode 302, and the oxidant gas k3 is introduced into the oxidant electrode 303. The DC power generated by the fuel cell 3 is transmitted to the power conditioner 5, converted to AC power by the power conditioner 5, and then transmitted to the power load outside the system.

燃料電池3に導入された改質ガスg及び酸化剤ガスk3は、そのすべてが電気化学的反応に使用されるのではなく、反応に使用されなかった改質ガスgはアノードオフガスfaとして燃料極から排出され、反応に使用されなかった酸化剤ガスk3はカソードオフガスfcとして空気極から排出される。   The reformed gas g and the oxidant gas k3 introduced into the fuel cell 3 are not all used in the electrochemical reaction, and the reformed gas g not used in the reaction is used as the anode off-gas fa as the fuel electrode. The oxidant gas k3 that has been discharged from the reactor and not used for the reaction is discharged from the air electrode as the cathode offgas fc.

燃料電池3と燃料処理装置2の選択酸化部23とは、改質ガスライン16により接続されている。燃料電池3と燃料処理装置2のバーナー部25とはアノードオフガスライン17により接続されている。また、燃料電池3には、酸化剤ガスk3を導入するための酸化剤ガスライン19が接続されている。また、燃料電池3には、カソードオフガスfcを排出するためのカソードオフガスライン20が接続されている。さらに、燃料電池3には、電気化学的反応により発生した熱を除去するための冷却水ライン(不図示)が接続されている。   The fuel cell 3 and the selective oxidation unit 23 of the fuel processor 2 are connected by a reformed gas line 16. The fuel cell 3 and the burner unit 25 of the fuel processor 2 are connected by an anode off gas line 17. The fuel cell 3 is connected to an oxidant gas line 19 for introducing the oxidant gas k3. In addition, a cathode offgas line 20 for discharging the cathode offgas fc is connected to the fuel cell 3. Furthermore, the fuel cell 3 is connected to a cooling water line (not shown) for removing heat generated by the electrochemical reaction.

燃料供給ライン11は、炭化水素系の燃料hを改質部21に導く流路である。燃料供給ライン11には、ブロワ31が配設されている。ただし、燃料hが液体の場合は、ブロワ31がポンプに置換される。ブロワ31と改質部21との間の燃料供給ライン11には、マスフローコントローラ32が配設されている。マスフローコントローラ32は、流量計の機能と流量制御弁の機能を兼ね備えている。マスフローコントローラ32と制御装置4との間には信号ケーブルが敷設されている。マスフローコントローラ32は、その内部を通過する燃料hの流量を信号i1として制御装置4に送信することができ、制御装置4から信号i2を受信して弁開度を調整することができるように構成されている。   The fuel supply line 11 is a flow path that guides the hydrocarbon-based fuel h to the reforming unit 21. A blower 31 is disposed in the fuel supply line 11. However, when the fuel h is liquid, the blower 31 is replaced with a pump. A mass flow controller 32 is disposed in the fuel supply line 11 between the blower 31 and the reforming unit 21. The mass flow controller 32 has both the function of a flow meter and the function of a flow control valve. A signal cable is laid between the mass flow controller 32 and the control device 4. The mass flow controller 32 is configured so that the flow rate of the fuel h passing through the mass flow controller 32 can be transmitted to the control device 4 as a signal i1, and the valve opening degree can be adjusted by receiving the signal i2 from the control device 4. Has been.

ブロワ31とマスフローコントローラ32との間の燃料供給ライン11には、脱硫器58が配設されている。脱硫器58は、燃料hに含まれる硫黄化合物を吸着除去して、燃料処理装置2内の各触媒及び燃料電池3のセルの硫黄被毒を防ぐことができるように構成されている。脱硫器58とマスフローコントローラ32との間の燃料供給ライン11からは、燃焼用ガス供給ライン14が分岐している。燃焼用ガス供給ライン14の他端は、バーナー部25に接続されている。燃焼用ガス供給ライン14には、マスフローコントローラ38が配設されている。マスフローコントローラ38と制御装置4との間には信号ケーブルが敷設されている。マスフローコントローラ38は、その内部を通過する燃料hの流量を信号i3として制御装置4に送信することができ、制御装置4から信号i4を受信して弁開度を調整することができるように構成されている。   A desulfurizer 58 is disposed in the fuel supply line 11 between the blower 31 and the mass flow controller 32. The desulfurizer 58 is configured to adsorb and remove sulfur compounds contained in the fuel h to prevent sulfur poisoning of each catalyst in the fuel processing device 2 and the cells of the fuel cell 3. A combustion gas supply line 14 is branched from the fuel supply line 11 between the desulfurizer 58 and the mass flow controller 32. The other end of the combustion gas supply line 14 is connected to the burner unit 25. A mass flow controller 38 is disposed in the combustion gas supply line 14. A signal cable is laid between the mass flow controller 38 and the control device 4. The mass flow controller 38 can transmit the flow rate of the fuel h passing through the inside thereof to the control device 4 as a signal i3, and can receive the signal i4 from the control device 4 and adjust the valve opening degree. Has been.

選択酸化ガス供給ライン12は、系外から第1の酸素含有ガスk1を選択酸化部23に導く流路である。第1の酸素含有ガスk1は、典型的には空気である。以降の説明では、第1の酸素含有ガスk1を選択酸化空気k1と呼ぶこともある。選択酸化ガス供給ライン12は酸素含有ガスライン10から分岐されており、酸素含有ガスライン10には、酸素含有ガスkが流れる上流から下流に向かって、活性炭フィルタ56と、圧送機33と、流量計48と、電磁開閉弁34とがここに示した順序で配設されている。   The selective oxidation gas supply line 12 is a flow path that guides the first oxygen-containing gas k <b> 1 from outside the system to the selective oxidation unit 23. The first oxygen-containing gas k1 is typically air. In the following description, the first oxygen-containing gas k1 may be referred to as selective oxidation air k1. The selective oxidizing gas supply line 12 is branched from the oxygen-containing gas line 10, and the oxygen-containing gas line 10 has an activated carbon filter 56, a pressure feeder 33, and a flow rate from upstream to downstream where the oxygen-containing gas k flows. The total 48 and the electromagnetic on-off valve 34 are arranged in the order shown here.

活性炭フィルタ56は、選択酸化空気k1に含まれる不純物(NOx、SOx等)を吸着し、選択酸化空気k1をろ過するように構成されている。活性炭フィルタ56は、直方体形状のケース内に、活性炭シートが収容されて構成されている。活性炭シートは、繊維活性炭をシート状に加工して作られている。直方体形状のケース内に収容する活性炭は、シート状以外の、例えば粒状、未加工の繊維状であってもよい。ただし、吸着速度の観点から大きな幾何学表面積を有する、繊維活性炭をシート状に加工して作られた活性炭シートが好適である。ここで、「シート状」は繊維活性炭の織布若しくは不織布又はフェルト状のものも含まれる。さらに、活性炭シートは、プリーツ状に加工して、又は複数枚を重ねて直方体形状のケース内に収容されることが好ましい。   The activated carbon filter 56 is configured to adsorb impurities (NOx, SOx, etc.) contained in the selective oxidation air k1 and filter the selective oxidation air k1. The activated carbon filter 56 is configured by accommodating an activated carbon sheet in a rectangular parallelepiped case. The activated carbon sheet is made by processing fiber activated carbon into a sheet shape. The activated carbon accommodated in the rectangular parallelepiped case may be, for example, granular or raw fiber other than the sheet shape. However, an activated carbon sheet made by processing fiber activated carbon into a sheet shape having a large geometric surface area from the viewpoint of adsorption speed is preferable. Here, the “sheet form” includes a woven or non-woven fabric or a felt form of fiber activated carbon. Furthermore, it is preferable that the activated carbon sheet is processed into a pleat shape, or a plurality of the activated carbon sheets are stacked and accommodated in a rectangular parallelepiped case.

圧送機33は、酸素含有ガスkを圧送する機器であり、典型的にはブロワが用いられる。ただし、必要な静圧が低い場合は、ファンを用いてもよい。圧送機33には動力ケーブル(不図示)が接続されており、圧送機33は、受電する電力に応じて回転数が制御されるように構成されている。圧送機33が受電する電力は、典型的には、制御装置4が不図示の電力盤に制御信号を送信して電力盤で調整されるが、便宜上、図1においては圧送機33が制御装置4から信号i5を受信するように表している。以降の説明においても、便宜上、圧送機33と制御装置4との間で制御信号i5の授受があるものとして説明する。   The pressure feeder 33 is a device that pumps the oxygen-containing gas k, and typically uses a blower. However, a fan may be used when the required static pressure is low. A power cable (not shown) is connected to the pressure feeder 33, and the pressure feeder 33 is configured such that the number of rotations is controlled in accordance with the power received. The power received by the pressure feeder 33 is typically adjusted by the control device 4 by sending a control signal to the power board (not shown), but for convenience, the pressure feeder 33 is shown in FIG. 4 to receive the signal i5. In the following description, for the sake of convenience, it is assumed that the control signal i5 is exchanged between the pressure feeder 33 and the control device 4.

流量計48は、選択酸化ガス供給ライン12を流れる選択酸化空気k1の流量を計測する機器である。流量計48と制御装置4との間には信号ケーブルが敷設されており、流量計48で計測した選択酸化空気k1の流量を信号i6として制御装置4に送信することができるように構成されている。また、電磁開閉弁34は、選択酸化ガス供給ライン12を流れる選択酸化空気k1の流れを遮断する弁である。電磁開閉弁34と制御装置4との間には信号ケーブルが敷設されており、制御装置4は、電磁開閉弁34に信号i7を送信して電磁開閉弁34に開閉動作をさせることができるように構成されている。   The flow meter 48 is a device that measures the flow rate of the selective oxidation air k <b> 1 flowing through the selective oxidation gas supply line 12. A signal cable is laid between the flow meter 48 and the control device 4 so that the flow rate of the selected oxidized air k1 measured by the flow meter 48 can be transmitted to the control device 4 as a signal i6. Yes. The electromagnetic on-off valve 34 is a valve that shuts off the flow of the selective oxidation air k1 flowing through the selective oxidation gas supply line 12. A signal cable is laid between the electromagnetic open / close valve 34 and the control device 4, and the control device 4 can transmit the signal i 7 to the electromagnetic open / close valve 34 to cause the electromagnetic open / close valve 34 to open and close. It is configured.

ブリードガス供給ライン18は、圧送機33の下流側の酸素含有ガスライン10から分岐している。なお、分岐部のすぐ上流側の酸素含有ガスライン10には、逆止弁59が配設されている。ブリードガス供給ライン18は、第2の酸素含有ガスk2を改質ガスライン16に導く流路である。第2の酸素含有ガスk2は、典型的には空気である。以降の説明では、第2の酸素含有ガスk2をブリード空気k2と呼ぶこともある。改質ガスライン16にブリード空気k2を導入することで、後述する燃料電池3における逆シフト反応により発生した一酸化炭素を処理することが可能となる。このような趣旨から、ブリード空気k2を、厳密に改質ガスライン16に混入させるのではなく、改質ガスライン16と燃料電池3との接続部近傍の燃料電池3に直接混入させてもよい。このように、改質ガスライン16と燃料電池3との接続部近傍の燃料電池3に直接ブリード空気k2を導入する場合も、ブリード空気(第2の酸素含有ガス)k2を改質ガスライン16に導びく、という概念に含まれることとする。ブリードガス供給ライン18には、流量調整機構51と、電磁開閉弁42とが配設されている。   The bleed gas supply line 18 branches from the oxygen-containing gas line 10 on the downstream side of the pressure feeder 33. A check valve 59 is disposed in the oxygen-containing gas line 10 immediately upstream of the branching portion. The bleed gas supply line 18 is a flow path that guides the second oxygen-containing gas k 2 to the reformed gas line 16. The second oxygen-containing gas k2 is typically air. In the following description, the second oxygen-containing gas k2 may be referred to as bleed air k2. By introducing the bleed air k2 into the reformed gas line 16, it becomes possible to treat the carbon monoxide generated by the reverse shift reaction in the fuel cell 3 described later. For this reason, the bleed air k2 may be mixed directly into the fuel cell 3 in the vicinity of the connecting portion between the reformed gas line 16 and the fuel cell 3, instead of being strictly mixed into the reformed gas line 16. . Thus, even when the bleed air k2 is directly introduced into the fuel cell 3 in the vicinity of the connection portion between the reformed gas line 16 and the fuel cell 3, the bleed air (second oxygen-containing gas) k2 is used as the reformed gas line 16. It is included in the concept of leading to The bleed gas supply line 18 is provided with a flow rate adjusting mechanism 51 and an electromagnetic on-off valve 42.

流量調整機構51は、ブリード空気k2の流量を、選択酸化空気k1の流量に対して所定の比率の流量に調整する機器である。所定の比率として、ブリード空気k2の流量が選択酸化空気k1の1/6〜1/7程度となるようにするとよい。流量調整機構51は、典型的には、固定オリフィスであるが、ベンチュリ管であってもよい。あるいは、手動のバルブ(流量を考慮するとニードルバルブが好ましい)として調整後にバルブのハンドルを取り外し、ブリード空気k2の流量の比率を選択酸化空気k1に対して固定するような機構であってもよい。なお、ブリードガス供給ライン18の長さや単位摩擦抵抗、曲部抵抗等でブリード空気k2を適切な流量にすることができる場合は、ブリードガス供給ライン18が流量調整機構を兼ねることになる。   The flow rate adjusting mechanism 51 is a device that adjusts the flow rate of the bleed air k2 to a flow rate of a predetermined ratio with respect to the flow rate of the selectively oxidized air k1. As a predetermined ratio, the flow rate of the bleed air k2 is preferably about 1/6 to 1/7 of the selective oxidation air k1. The flow rate adjusting mechanism 51 is typically a fixed orifice, but may be a Venturi tube. Alternatively, it may be a mechanism that removes the handle of the valve after adjustment as a manual valve (a needle valve is preferable in consideration of the flow rate), and fixes the flow rate ratio of the bleed air k2 to the selective oxidation air k1. When the bleed air k2 can be set to an appropriate flow rate due to the length of the bleed gas supply line 18, unit frictional resistance, curved portion resistance, etc., the bleed gas supply line 18 also serves as a flow rate adjusting mechanism.

電磁開閉弁42は、ブリードガス供給ライン18を流れるブリード空気k2の流れを遮断する弁である。電磁開閉弁42と制御装置4との間には信号ケーブルが敷設されており、制御装置4は、電磁開閉弁42に信号i8を送信して電磁開閉弁42に開閉動作をさせることができるように構成されている。   The electromagnetic open / close valve 42 is a valve that blocks the flow of bleed air k <b> 2 flowing through the bleed gas supply line 18. A signal cable is laid between the electromagnetic open / close valve 42 and the control device 4 so that the control device 4 can transmit the signal i8 to the electromagnetic open / close valve 42 to cause the electromagnetic open / close valve 42 to open / close. It is configured.

プロセス水供給ライン13は、プロセス水pを水蒸気発生部24に導く流路である。プロセス水供給ライン13には、プロセス水pが流れる上流から下流に向かって、ポンプ35と、プロセス水遮断弁36とが配設されている。ポンプ35はプロセス水pを水蒸気発生部24に送水し、プロセス水遮断弁36はプロセス水供給ライン13を流れるプロセス水pを遮断することができるように構成されている。   The process water supply line 13 is a flow path that guides the process water p to the water vapor generation unit 24. The process water supply line 13 is provided with a pump 35 and a process water shut-off valve 36 from upstream to downstream where the process water p flows. The pump 35 feeds the process water p to the water vapor generator 24, and the process water shutoff valve 36 is configured to shut off the process water p flowing through the process water supply line 13.

改質ガスライン16は、前述のように、選択酸化部23で生成された改質ガスgを燃料電池3へ導く流路である。改質ガスライン16のブリードガス供給ライン18との接続部53より上流側には改質ガスライン三方弁61が配設されている。改質ガスライン三方弁61と制御装置4との間には信号ケーブルが敷設されている。改質ガスライン三方弁61は、制御装置4から信号i9を受信して、流路を切り換えることができるように構成されている。   The reformed gas line 16 is a flow path that guides the reformed gas g generated by the selective oxidation unit 23 to the fuel cell 3 as described above. A reformed gas line three-way valve 61 is disposed upstream of the connecting portion 53 of the reformed gas line 16 with the bleed gas supply line 18. A signal cable is laid between the reformed gas line three-way valve 61 and the control device 4. The reformed gas line three-way valve 61 is configured to receive the signal i9 from the control device 4 and to switch the flow path.

アノードオフガスライン17は、燃料電池3から排出されたアノードオフガスfaをバーナー部25へ導く流路である。アノードオフガスライン17には、アノードオフガスライン遮断弁62が配設されている。アノードオフガスライン遮断弁62は、アノードオフガスライン17を流れるアノードオフガスfaを遮断することができるように構成されている。アノードオフガスライン遮断弁62と制御装置4との間には信号ケーブルが敷設されており、制御装置4は、アノードオフガスライン遮断弁62に信号i10を送信してアノードオフガスライン遮断弁62に開閉動作をさせることができるように構成されている。アノードオフガス遮断弁62より下流側のアノードオフガスライン17には、バイパスライン63が接続されている。バイパスライン63の他端は、改質ガスライン三方弁61に接続されている。   The anode off gas line 17 is a flow path that guides the anode off gas fa discharged from the fuel cell 3 to the burner unit 25. An anode off gas line shut-off valve 62 is disposed on the anode off gas line 17. The anode off gas line shutoff valve 62 is configured to shut off the anode off gas fa flowing through the anode off gas line 17. A signal cable is laid between the anode off-gas line shut-off valve 62 and the control device 4, and the control device 4 sends a signal i 10 to the anode off-gas line shut-off valve 62 to open and close the anode off-gas line shut-off valve 62. It is comprised so that it can be made. A bypass line 63 is connected to the anode off gas line 17 on the downstream side of the anode off gas cutoff valve 62. The other end of the bypass line 63 is connected to the reformed gas line three-way valve 61.

酸化剤ガスライン19は、燃料電池3の酸化剤極に加湿器(不図示)で加湿された酸化剤ガスk3を導く流路である。酸化剤ガスk3は、典型的には空気である。酸化剤ガスライン19には、酸化剤ガスk3が流れる上流から下流に向かって、ブロワ43と、酸化剤ガス遮断弁44とが配設されている。ブロワ43は酸化剤ガスk3を燃料電池3に圧送し、酸化剤ガス遮断弁44は酸化剤ガスライン19を流れる酸化剤ガスk3を遮断することができるように構成されている。ブロワ43には動力ケーブル(不図示)が接続されており、ブロワ43は、受電する電力に応じて回転数が制御されるように構成されている。ブロワ43が受電する電力は、典型的には、制御装置4が不図示の電力盤に制御信号を送信して電力盤で調整されるが、便宜上、図1においてはブロワ43が制御装置4から信号i11を受信するように表している。以降の説明においても、便宜上、ブロワ43と制御装置4との間で制御信号i11の授受があるものとして説明する。   The oxidant gas line 19 is a flow path that guides the oxidant gas k3 humidified by a humidifier (not shown) to the oxidant electrode of the fuel cell 3. The oxidant gas k3 is typically air. The oxidant gas line 19 is provided with a blower 43 and an oxidant gas shut-off valve 44 from upstream to downstream where the oxidant gas k3 flows. The blower 43 pumps the oxidant gas k3 to the fuel cell 3, and the oxidant gas shut-off valve 44 is configured to shut off the oxidant gas k3 flowing through the oxidant gas line 19. A power cable (not shown) is connected to the blower 43, and the blower 43 is configured such that the rotational speed is controlled in accordance with the power to be received. The power received by the blower 43 is typically adjusted by the power board by the control device 4 sending a control signal to a power board (not shown), but for convenience, the blower 43 is connected to the power board from the control device 4 in FIG. The signal i11 is shown to be received. In the following description, for the sake of convenience, it is assumed that the control signal i11 is exchanged between the blower 43 and the control device 4.

引き続き図1を参照して、燃料電池発電システム1の作用を説明する。
燃料電池発電システム1の起動時に、ブロワ31が起動すると、燃料hは、まず、燃料供給ライン11の脱硫器58に導入される。燃料hは、脱硫器58で硫黄化合物が吸着除去される。脱硫された燃料hは、燃料供給ライン11内を改質部21に向かって流れると共に燃焼用ガス供給ライン14内をバーナー部25に向かって流れる。起動時、マスフローコントローラ32は制御装置4からの信号i2を受信して弁が閉になっており、マスフローコントローラ38は制御装置4からの信号i4を受信して弁が開になっている。したがって、起動直後は、バーナー部25のみに燃料hが供給される。
With continued reference to FIG. 1, the operation of the fuel cell power generation system 1 will be described.
When the blower 31 is activated when the fuel cell power generation system 1 is activated, the fuel h is first introduced into the desulfurizer 58 of the fuel supply line 11. The sulfur compound is adsorbed and removed from the fuel h by the desulfurizer 58. The desulfurized fuel h flows in the fuel supply line 11 toward the reforming unit 21 and in the combustion gas supply line 14 toward the burner unit 25. At startup, the mass flow controller 32 receives the signal i2 from the control device 4 and the valve is closed, and the mass flow controller 38 receives the signal i4 from the control device 4 and the valve is open. Therefore, immediately after startup, the fuel h is supplied only to the burner unit 25.

バーナー部25に燃料hと燃焼用空気k4が導入されると、バーナーが点火し、燃料hが燃やされて発熱する。バーナー部25で改質熱が生成されるようになると、制御装置4からマスフローコントローラ32に信号i2が送信され、マスフローコントローラ32の弁が開き、燃料hが改質部21に導入される。この一方で、ポンプ35が起動し、水蒸気発生部24にプロセス水pが導入される。プロセス水pは、水蒸気発生部24にて受熱し気化して改質用蒸気sとなる。起動時は、変成部22及び選択酸化部23からの発熱がないので、水蒸気発生部24に備えられた加熱装置にて、プロセス水pを気化するための気化熱が生成される。水蒸気発生部24で生成された改質用蒸気sは、改質部21に導入される。   When the fuel h and the combustion air k4 are introduced into the burner portion 25, the burner is ignited, and the fuel h is burned to generate heat. When reforming heat is generated in the burner unit 25, the signal 4 is transmitted from the control device 4 to the mass flow controller 32, the valve of the mass flow controller 32 is opened, and the fuel h is introduced into the reforming unit 21. On the other hand, the pump 35 is started, and the process water p is introduced into the water vapor generating unit 24. The process water p is received and vaporized by the steam generation unit 24 to become reforming steam s. At the time of start-up, since there is no heat generation from the transformation unit 22 and the selective oxidation unit 23, vaporization heat for vaporizing the process water p is generated by the heating device provided in the water vapor generation unit 24. The reforming steam s generated by the steam generation unit 24 is introduced into the reforming unit 21.

改質部21に燃料hと改質用蒸気sとが導入されると、改質部21ではバーナー部25から改質熱を得て以下の(1)式に示すような水蒸気改質反応が行なわれ、混合改質ガスrが生成される。
CH+HO→3H+CO ・・・(1)
なお、本実施の形態では、燃料hにメタンを使用している。また、水蒸気改質反応の際、改質部21の温度は、約550〜800℃に達する。混合改質ガスrには、水素が70体積%程度、一酸化炭素が10体積%程度、その他上記(1)式に示していないガスが含まれている。
When the fuel h and the reforming steam s are introduced into the reforming unit 21, the reforming unit 21 obtains reforming heat from the burner unit 25 and performs a steam reforming reaction as shown in the following equation (1). The mixed reformed gas r is generated.
CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO (1)
In the present embodiment, methane is used as the fuel h. Further, during the steam reforming reaction, the temperature of the reforming unit 21 reaches about 550 to 800 ° C. The mixed reformed gas r contains about 70% by volume of hydrogen, about 10% by volume of carbon monoxide, and other gases not shown in the above formula (1).

改質部21で生成された混合改質ガスrは、その後変成部22に送られ、以下の(2)式に示すような水蒸気との変成反応が行なわれて、混合改質ガスr中の一酸化炭素濃度が低減される。
CO+HO→H+CO ・・・(2)
変成反応の際、変成部22の温度は、約160℃〜280℃となっている。変成反応は発熱反応であり、変成反応によって発生した熱は水蒸気発生部24に供給される。変成部22での発熱でプロセス水pの気化熱を賄うことができる場合は、水蒸気発生部24の加熱手段が停止され、賄うことができない場合は、加熱手段も併用される。変成部22における変成反応により、混合改質ガスr中の一酸化炭素濃度は、5000〜10000ppm程度にまで低減される。
The mixed reformed gas r generated in the reforming section 21 is then sent to the shift section 22 where a shift reaction with water vapor as shown in the following equation (2) is performed, and the mixed reformed gas r in the mixed reformed gas r The carbon monoxide concentration is reduced.
CO + H 2 O → H 2 + CO 2 (2)
During the shift reaction, the temperature of the shift section 22 is about 160 ° C. to 280 ° C. The shift reaction is an exothermic reaction, and heat generated by the shift reaction is supplied to the water vapor generating unit 24. When the heat generated in the transformation unit 22 can cover the vaporization heat of the process water p, the heating unit of the water vapor generating unit 24 is stopped, and when it cannot cover the heating unit, the heating unit is also used. The carbon monoxide concentration in the mixed reformed gas r is reduced to about 5000 to 10000 ppm by the shift reaction in the shift section 22.

変成部22で変成された混合改質ガスrは、その後選択酸化部23に送られる。選択酸化部23には、混合改質ガスrの他に、選択酸化ガス供給ライン12を介して選択酸化空気k1が導入され、以下の(3)式に示すような選択酸化反応が行なわれて、混合改質ガスr中の一酸化炭素濃度がさらに低減された、改質ガスgが生成される。
2CO+O→2CO ・・・(3)
選択酸化反応の際、選択酸化部23の温度は、約100℃〜250℃となっている。選択酸化部23における選択酸化反応により、改質ガスg中の一酸化炭素濃度は、10ppm以下程度となる。選択酸化部23で生成された改質ガスgは、燃料電池3へ向けて、改質ガスライン16を流れていく。
The mixed reformed gas r transformed by the transformation unit 22 is then sent to the selective oxidation unit 23. In addition to the mixed reformed gas r, selective oxidation air k1 is introduced into the selective oxidation unit 23 via the selective oxidation gas supply line 12, and a selective oxidation reaction as shown in the following equation (3) is performed. The reformed gas g is produced in which the carbon monoxide concentration in the mixed reformed gas r is further reduced.
2CO + O 2 → 2CO 2 (3)
During the selective oxidation reaction, the temperature of the selective oxidation unit 23 is about 100 ° C to 250 ° C. By the selective oxidation reaction in the selective oxidation unit 23, the carbon monoxide concentration in the reformed gas g becomes about 10 ppm or less. The reformed gas g generated in the selective oxidation unit 23 flows through the reformed gas line 16 toward the fuel cell 3.

選択酸化部23に導入される選択酸化空気k1は、活性炭フィルタ56にて浄化された空気であり、圧送機33にて導入される。選択酸化部23に導入される選択酸化空気k1は、流量計48で流量が計測されている。流量計48で計測された選択酸化空気k1の流量は、信号i6として制御装置4へ送信され、流量が適切か否かが判断される。選択酸化部23へ導入される選択酸化空気k1の流量が適切か否かは、改質部21に導入される燃料hの流量に基いて判断される。改質部21に導入される燃料hの流量は、マスフローコントローラ32によって計測され、制御装置4に信号i1として送信されている。制御装置4は、改質部21に導入された燃料hの流量から、燃料処理装置2において改質ガスgが生成される転換率を想定して算出し、生成される改質ガスgに対して流量計48で計測された選択酸化空気k1の流量が適切か否かを判断して、選択酸化空気k1の流量が適切となるように、圧送機33に信号i5を送信して圧送機33の回転数を制御する。これにより、選択酸化部23に適切な流量の選択酸化空気k1が供給される。選択酸化部23に導入される選択酸化空気k1の流量は、典型的には、改質ガスgの流量の2〜10体積%であるが、下限を好ましくは2.5体積%、より好ましくは3体積%とし、上限を好ましくは6体積%、より好ましくは5体積%とするように調整される。   The selective oxidation air k <b> 1 introduced into the selective oxidation unit 23 is air purified by the activated carbon filter 56 and is introduced by the pressure feeder 33. The flow rate of the selectively oxidized air k <b> 1 introduced into the selective oxidation unit 23 is measured by the flow meter 48. The flow rate of the selected oxidized air k1 measured by the flow meter 48 is transmitted to the control device 4 as a signal i6, and it is determined whether or not the flow rate is appropriate. Whether or not the flow rate of the selectively oxidized air k1 introduced into the selective oxidation unit 23 is appropriate is determined based on the flow rate of the fuel h introduced into the reforming unit 21. The flow rate of the fuel h introduced into the reforming unit 21 is measured by the mass flow controller 32 and transmitted to the control device 4 as a signal i1. The control device 4 calculates the conversion rate at which the reformed gas g is generated in the fuel processing device 2 from the flow rate of the fuel h introduced into the reforming unit 21, and the generated reformed gas g Then, it is determined whether or not the flow rate of the selected oxidized air k1 measured by the flow meter 48 is appropriate, and the signal i5 is transmitted to the pressure feeder 33 so that the flow rate of the selected oxidized air k1 is appropriate. Control the number of revolutions. As a result, the selective oxidation air k1 having an appropriate flow rate is supplied to the selective oxidation unit 23. The flow rate of the selective oxidation air k1 introduced into the selective oxidation unit 23 is typically 2 to 10% by volume of the flow rate of the reformed gas g, but the lower limit is preferably 2.5% by volume, more preferably It is adjusted to 3% by volume, and the upper limit is preferably 6% by volume, more preferably 5% by volume.

圧送機33によって圧送される空気は、逆止弁59の下流で分流し、ブリード空気k2としてブリードガス供給ライン18を流れる。ブリード空気k2は、固定オリフィス51及び電磁開閉弁42を通過した後、改質ガスライン16に流入する。改質ガスライン16に流入するブリード空気k2は、固定オリフィス51によって、前述のように、選択酸化空気k1の流量の1/6〜1/7程度の流量に調整される。つまり、改質ガスライン16に流入するブリード空気k2の流量は、典型的には、改質ガスgの流量に対して0.3〜1.5体積%であるが、下限を好ましくは0.4体積%、より好ましくは0.5体積%とし、上限を好ましくは1.0体積%、より好ましくは0.8体積%とするように調整される。   The air fed by the pressure feeder 33 is divided downstream of the check valve 59 and flows through the bleed gas supply line 18 as bleed air k2. The bleed air k2 passes through the fixed orifice 51 and the electromagnetic on-off valve 42 and then flows into the reformed gas line 16. As described above, the bleed air k2 flowing into the reformed gas line 16 is adjusted to a flow rate of about 1/6 to 1/7 of the flow rate of the selective oxidation air k1 by the fixed orifice 51. In other words, the flow rate of the bleed air k2 flowing into the reformed gas line 16 is typically 0.3 to 1.5% by volume with respect to the flow rate of the reformed gas g, but the lower limit is preferably 0.00. The volume is adjusted to 4% by volume, more preferably 0.5% by volume, and the upper limit is preferably 1.0% by volume, more preferably 0.8% by volume.

改質ガスgが燃料電池3に供給されないときは、電磁開閉弁42が閉となり、ブリード空気k2は、改質ガスライン16に流入しない。燃料電池発電システム1の起動時は、燃料処理装置2で生成される改質ガスgの組成が安定していないので、そのような改質ガスgを燃料電池3に導入しない。制御装置4は、改質ガスライン三方弁61に信号i9を送信し、組成が安定していない改質ガスgが燃料電池3をバイパスしてバイパスライン63に流れるように改質ガスライン三方弁61の弁を切り換える。その際、制御装置4は、電磁開閉弁42に信号i8を送信して電磁開閉弁42を閉とし、改質ガスライン16にブリード空気k2が流入しないようにしている。また、制御装置4は、アノードオフガスライン遮断弁62に信号i10を送信してアノードオフガスライン遮断弁62を閉とし、燃料電池3に組成の安定していない改質ガスgが流入しないようにしている。組成が安定していない改質ガスgは、バイパスライン63を通ってバーナー部25に導かれ、バーナー部25で燃焼されて改質熱を発生させる。   When the reformed gas g is not supplied to the fuel cell 3, the electromagnetic on-off valve 42 is closed and the bleed air k 2 does not flow into the reformed gas line 16. When the fuel cell power generation system 1 is started, the composition of the reformed gas g generated by the fuel processing device 2 is not stable, so that the reformed gas g is not introduced into the fuel cell 3. The control device 4 transmits a signal i9 to the reformed gas line three-way valve 61, and the reformed gas line three-way valve so that the reformed gas g whose composition is not stable bypasses the fuel cell 3 and flows to the bypass line 63. Switch 61 valves. At that time, the control device 4 transmits a signal i8 to the electromagnetic on-off valve 42 to close the electromagnetic on-off valve 42 so that the bleed air k2 does not flow into the reformed gas line 16. Further, the control device 4 sends a signal i10 to the anode off-gas line shut-off valve 62 to close the anode off-gas line shut-off valve 62 so that the reformed gas g having an unstable composition does not flow into the fuel cell 3. Yes. The reformed gas g whose composition is not stable is guided to the burner section 25 through the bypass line 63 and burned in the burner section 25 to generate reforming heat.

燃料処理装置2で生成される改質ガスgの組成が安定するようになると、制御装置4は、改質ガスライン三方弁61に信号i9を送信し、改質ガスgが燃料電池3に導入されるように改質ガスライン三方弁61の弁を切り換える。これにより、燃料電池3の燃料極に改質ガスgが導入される。他方、制御装置4は、ブロワ43に信号i11を送信してブロワ43を起動させる。これにより、燃料電池3の酸化剤極に、加湿された酸化剤ガスk3が導入される。ブロワ43は、制御装置4からの信号i11により適宜回転数が調整され、燃料電池3に導入される改質ガスgの流量に応じた流量の酸化剤ガスk3を燃料電池3の酸化剤極に圧送する。   When the composition of the reformed gas g generated in the fuel processing device 2 becomes stable, the control device 4 sends a signal i9 to the reformed gas line three-way valve 61, and the reformed gas g is introduced into the fuel cell 3. Then, the reformed gas line three-way valve 61 is switched. As a result, the reformed gas g is introduced into the fuel electrode of the fuel cell 3. On the other hand, the control device 4 activates the blower 43 by transmitting a signal i11 to the blower 43. As a result, the humidified oxidant gas k3 is introduced into the oxidant electrode of the fuel cell 3. The blower 43 is appropriately adjusted in speed by a signal i11 from the control device 4, and uses an oxidant gas k3 having a flow rate corresponding to the flow rate of the reformed gas g introduced into the fuel cell 3 as an oxidant electrode of the fuel cell 3. Pump.

燃料電池3では、燃料極に導入された改質ガスg中の水素と、酸化剤極に導入された酸化剤ガスk3中の酸素とによる電気化学的反応が行なわれる。電気化学的反応は、燃料極側では以下の(4)式に示す反応が行なわれ、酸化剤極側では以下の(5)式に示す反応が行なわれる。
2H → 4H + 4e ・・・(4)
+ 4H + 4e → 2HO ・・・(5)
この電気化学的反応によって発電し、発熱すると共に水分が生成される。さらに説明を加えると、燃料極側の電子が外部電気回路を通って酸化剤極側に移動する際に電力を得ることができる。燃料極側の水素イオンは固体高分子膜を通過して酸化剤極側に移動し、酸素と結合して水分が発生する。この電気化学的反応は発熱反応である。
In the fuel cell 3, an electrochemical reaction is performed by hydrogen in the reformed gas g introduced into the fuel electrode and oxygen in the oxidant gas k3 introduced into the oxidant electrode. In the electrochemical reaction, the reaction shown in the following formula (4) is performed on the fuel electrode side, and the reaction shown in the following formula (5) is performed on the oxidant electrode side.
2H 2 → 4H + + 4e (4)
O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (5)
Electricity is generated by this electrochemical reaction, heat is generated, and moisture is generated. In further explanation, electric power can be obtained when electrons on the fuel electrode side move to the oxidant electrode side through the external electric circuit. Hydrogen ions on the fuel electrode side pass through the solid polymer membrane and move to the oxidant electrode side, and combine with oxygen to generate moisture. This electrochemical reaction is an exothermic reaction.

燃料電池3の電極触媒は、一酸化炭素により被毒するため、燃料処理装置2にて改質ガスg中の一酸化炭素濃度を低減させた訳であるが、燃料電池3の燃料極触媒と改質ガスg中の二酸化炭素とが逆シフト反応を起こし、微量の一酸化炭素が生成される。逆シフト反応により一酸化炭素が生成されると、電極触媒が一酸化炭素により徐々に被毒し、燃料電池3の性能が低下することとなる。制御装置4は、改質ガスgが燃料電池3に導入されるようになると、電磁開閉弁42に信号i8を送信して電磁開閉弁42を開にし、改質ガスライン16にブリード空気k2を導入させる。改質ガスライン16にブリード空気k2を導入し、電極において発生した一酸化炭素とブリード空気k2とを電極上の触媒で燃焼処理することにより、電極触媒の一酸化炭素による被毒を回避している。   Since the electrode catalyst of the fuel cell 3 is poisoned by carbon monoxide, the concentration of carbon monoxide in the reformed gas g is reduced by the fuel processing device 2. The carbon dioxide in the reformed gas g undergoes a reverse shift reaction, and a trace amount of carbon monoxide is generated. When carbon monoxide is generated by the reverse shift reaction, the electrode catalyst is gradually poisoned by carbon monoxide, and the performance of the fuel cell 3 is reduced. When the reformed gas g is introduced into the fuel cell 3, the control device 4 sends a signal i 8 to the electromagnetic open / close valve 42 to open the electromagnetic open / close valve 42, and bleed air k 2 is supplied to the reformed gas line 16. Let it be introduced. By introducing bleed air k2 into the reformed gas line 16 and burning the carbon monoxide generated at the electrode and the bleed air k2 with the catalyst on the electrode, poisoning of the electrode catalyst due to carbon monoxide is avoided. Yes.

燃料電池3で発電された電力は直流電力であり、パワーコンディショナー5に送電されて交流電力に変換された後に、系外の電力負荷に送電されて消費される。また、燃料電池3に導入された改質ガスgのうち電気化学的反応に使用されなかったガスは、アノードオフガスfaとして燃料電池3から排出される。アノードオフガスfaは水素を含んでおり、アノードオフガスライン17を通ってバーナー部25に導入され、そこで燃焼されて改質熱を発生させる。他方、燃料電池3に導入された酸化剤ガスk3のうち電気化学的反応に使用されなかったガス及び電気化学的反応により発生した水分(水蒸気)は、カソードオフガスfcとして燃料電池3から排出される。カソードオフガスfcは、必要に応じて熱回収がされた後、系外に排出される。   The electric power generated by the fuel cell 3 is direct-current power, which is transmitted to the power conditioner 5 and converted into alternating-current power, and then transmitted to the power load outside the system and consumed. Further, of the reformed gas g introduced into the fuel cell 3, the gas that has not been used for the electrochemical reaction is discharged from the fuel cell 3 as the anode off-gas fa. The anode off gas fa contains hydrogen and is introduced into the burner section 25 through the anode off gas line 17 where it is burned to generate reforming heat. On the other hand, of the oxidant gas k3 introduced into the fuel cell 3, the gas not used for the electrochemical reaction and the moisture (water vapor) generated by the electrochemical reaction are discharged from the fuel cell 3 as the cathode offgas fc. . The cathode off-gas fc is exhausted out of the system after heat recovery as necessary.

なお、圧送機33の故障時は、制御装置4から電磁開閉弁34に信号i7が送信され、電磁開閉弁34が閉となる。選択酸化空気k1が供給されない混合改質ガスrは、高濃度の一酸化炭素を含んでいるが、電磁開閉弁34が閉となることにより、高濃度の一酸化炭素を含んだ混合改質ガスrが系外に漏洩することが防止される。   When the pressure feeder 33 fails, the signal i7 is transmitted from the control device 4 to the electromagnetic opening / closing valve 34, and the electromagnetic opening / closing valve 34 is closed. The mixed reformed gas r to which the selective oxidized air k1 is not supplied contains high-concentration carbon monoxide, but when the electromagnetic on-off valve 34 is closed, the mixed reformed gas r containing high-concentration carbon monoxide. It is possible to prevent r from leaking out of the system.

以上のように、本発明によれば、簡単な構成で性能の低下を抑制した燃料電池発電システム1を提供することができる。本発明者らは、選択酸化部23に導入する選択酸化空気k1の流量と改質ガスライン16に導入するブリード空気k2の流量とがほぼ一定の割合であり、改質部21に導入する燃料hの流量の変動により選択酸化部23に導入する選択酸化空気k1の流量が変動すると、必要なブリード空気k2の流量もほぼ一定の比率で変動することを見出し、本発明を完成するに至ったのである。本発明によれば、簡単な構成で、選択酸化部23に導入する選択酸化空気k1及び改質ガスライン16に導入するブリード空気k2の流量の比率を調整することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide the fuel cell power generation system 1 that suppresses the deterioration in performance with a simple configuration. The present inventors have a substantially constant ratio between the flow rate of the selective oxidation air k1 introduced into the selective oxidation unit 23 and the flow rate of the bleed air k2 introduced into the reformed gas line 16, and the fuel introduced into the reforming unit 21. When the flow rate of the selective oxidization air k1 introduced into the selective oxidation unit 23 fluctuates due to the fluctuation of the flow rate of h, the flow rate of the necessary bleed air k2 also fluctuates at a substantially constant ratio, and the present invention has been completed. It is. According to the present invention, the ratio of the flow rates of the selective oxidation air k1 introduced into the selective oxidation unit 23 and the bleed air k2 introduced into the reformed gas line 16 can be adjusted with a simple configuration.

以上の説明では、燃料処理装置2は変成部22を有することとして説明したが(段落0017)、選択酸化部23だけで改質ガスg中の一酸化炭素濃度を所定の濃度まで低減することができるときは、変成部22を設けなくてもよい。変成部22を設けなければ、燃料処理装置2をコンパクトにできる。   In the above description, the fuel processing device 2 has been described as having the shift unit 22 (paragraph 0017). However, the carbon monoxide concentration in the reformed gas g can be reduced to a predetermined concentration only by the selective oxidation unit 23. If possible, the metamorphic portion 22 may not be provided. If the transformation part 22 is not provided, the fuel processing apparatus 2 can be made compact.

以上の説明では、燃料電池3は固体高分子型燃料電池として説明したが(段落0025)、りん酸型燃料電池等の固体高分子型燃料電池以外の燃料電池であってもよい。   In the above description, the fuel cell 3 has been described as a polymer electrolyte fuel cell (paragraph 0025), but may be a fuel cell other than a polymer electrolyte fuel cell such as a phosphoric acid fuel cell.

本発明の実施の形態に係る燃料電池発電システムを説明する模式的ブロック図である。1 is a schematic block diagram illustrating a fuel cell power generation system according to an embodiment of the present invention. 燃料電池発電システムを構成する燃料電池の構成を説明する模式的斜視図である。(a)は燃料電池スタックの構成を、(b)は単一のセルの構成を示している。It is a typical perspective view explaining the structure of the fuel cell which comprises a fuel cell power generation system. (A) shows the configuration of the fuel cell stack, and (b) shows the configuration of a single cell.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池発電システム
2 燃料処理装置
3 燃料電池
12 選択酸化ガス供給ライン
16 改質ガスライン
18 ブリードガス供給ライン
21 改質部
23 選択酸化部
33 圧送機
34 閉止手段
48 流量計測手段
51 流量調整機構
56 活性炭フィルタ
g 改質ガス
h 燃料
k 酸素含有ガス
k1 第1の酸素含有ガス
k2 第2の酸素含有ガス
r 混合改質ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell power generation system 2 Fuel processing apparatus 3 Fuel cell 12 Selective oxidizing gas supply line 16 Reformed gas line 18 Bleed gas supply line 21 Reforming part 23 Selective oxidizing part 33 Pressure feeder 34 Closing means 48 Flow rate measuring means 51 Flow rate adjusting mechanism 56 activated carbon filter g reformed gas h fuel k oxygen-containing gas k1 first oxygen-containing gas k2 second oxygen-containing gas r mixed reformed gas

Claims (4)

炭化水素系燃料を導入して水素に富む改質ガスを生成する燃料処理装置であって、該炭化水素系燃料を改質して一酸化炭素を含み水素に富む混合改質ガスを生成する改質部と、該混合改質ガスに含まれる一酸化炭素濃度を低減して前記改質ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理装置と;
前記改質ガスを導入して発電する燃料電池と;
前記燃料処理装置で生成された改質ガスを前記燃料電池に導く改質ガスラインと;
酸素含有ガスを前記選択酸化部及び前記改質ガスラインに向けて圧送する圧送機であって、吐出流量が可変に構成された圧送機と;
前記圧送機で圧送される酸素含有ガスから分流された第1の酸素含有ガスと第2の酸素含有ガスのうち前記第1の酸素含有ガスを前記選択酸化部に送る選択酸化ガス供給ラインと;
前記第2の酸素含有ガスを前記改質ガスラインに導くブリードガス供給ラインであって、前記第2の酸素含有ガスの流量が前記第1の酸素含有ガスの流量に対して1/6〜1/7の流量となるように調整する流量調整機構を有するブリードガス供給ラインと
前記選択酸化部に導入される前記第1の酸素含有ガスの流量が、前記改質部に導入された前記炭化水素系燃料の流量から算出された前記改質ガスの流量の2〜10体積%となるように前記圧送機の吐出流量を制御する制御装置とを備える;
燃料電池発電システム。
A fuel processing device that introduces a hydrocarbon-based fuel to produce a reformed gas rich in hydrogen, and that reforms the hydrocarbon-based fuel to produce a mixed reformed gas containing carbon monoxide and rich in hydrogen. A fuel processor having a mass part and a selective oxidation part that reduces the concentration of carbon monoxide contained in the mixed reformed gas to generate the reformed gas;
A fuel cell for generating power by introducing the reformed gas;
A reformed gas line for guiding the reformed gas generated in the fuel processor to the fuel cell;
A pumping machine for pumping an oxygen-containing gas toward the selective oxidation unit and the reformed gas line, the pumping machine having a variable discharge flow rate ;
A selective oxidant gas supply line for sending the first oxygen-containing gas out of the first oxygen-containing gas and the second oxygen-containing gas branched from the oxygen-containing gas pumped by the pump;
A bleed gas supply line for guiding the second oxygen-containing gas to the reformed gas line, wherein a flow rate of the second oxygen-containing gas is 1/6 to 1 with respect to a flow rate of the first oxygen-containing gas. A bleed gas supply line having a flow rate adjusting mechanism for adjusting the flow rate to / 7 ;
The flow rate of the first oxygen-containing gas introduced into the selective oxidation unit is 2 to 10% by volume of the flow rate of the reformed gas calculated from the flow rate of the hydrocarbon fuel introduced into the reforming unit. And a control device for controlling the discharge flow rate of the pressure feeder to be
Fuel cell power generation system.
前記流量調整機構が固定オリフィスである;
請求項1に記載の燃料電池発電システム。
The flow control mechanism is a fixed orifice;
The fuel cell power generation system according to claim 1.
前記改質部に導入される前記炭化水素系燃料の流量を計測するマスフローコントローラを備え;
前記選択酸化ガス供給ラインが、前記第1の酸素含有ガスの流れを止める閉止手段と前記第1の酸素含有ガスの流量を計測する流量計測手段とを有
前記制御装置が、前記マスフローコントローラから受信した前記炭化水素系燃料の流量信号から、前記燃料処理装置において生成される前記改質ガスの流量を算出する;
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池発電システム。
A mass flow controller for measuring the flow rate of the hydrocarbon fuel introduced into the reforming section;
The selective oxidation gas supply line, possess a flow measuring means for measuring the flow rate of the closure means and said first oxygen-containing gas to stop the flow of said first oxygen-containing gas;
The control device calculates a flow rate of the reformed gas generated in the fuel processing device from a flow rate signal of the hydrocarbon fuel received from the mass flow controller;
The fuel cell power generation system according to claim 1 or 2.
前記圧送機の吸込み側に活性炭フィルタを備える;
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池発電システム。
An activated carbon filter is provided on the suction side of the pump;
The fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 3.
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