JP4929565B2 - Fuel cell power generator - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池発電装置に関し、特に、原燃料である炭化水素ガスを水蒸気改質する燃料改質装置と当該燃料改質装置により改質された水素を用いて発電する燃料電池とを組み合わせた燃料電池発電装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell power generator, and in particular, a combination of a fuel reformer for steam reforming a hydrocarbon gas as a raw fuel and a fuel cell for generating power using hydrogen reformed by the fuel reformer. The present invention relates to a fuel cell power generator.

燃料電池は、燃料の有する化学エネルギーを機械エネルギーまたは熱エネルギーを経由することなく直接的に電気エネルギーへ変換する装置であって、高いエネルギー効率を実現することができる装置である。一般的に良く知られた燃料電池の形態として電解質を挟んで一対の電極を配置する形態がある。この形態において、一対の電極の内の一方の電極（アノード：anode）側に水素を有する燃料ガスを供給すると共に、他方の電極（カソード：cathode）側に酸素を有する酸化ガスを供給し、両極間で起きる電気化学反応を利用して起電力を得ることができる。以下に、燃料電池で起きる電気化学反応式を示す。   A fuel cell is a device that converts chemical energy of fuel directly into electrical energy without passing through mechanical energy or thermal energy, and is a device that can achieve high energy efficiency. As a generally well-known form of a fuel cell, there is a form in which a pair of electrodes are arranged with an electrolyte interposed therebetween. In this embodiment, a fuel gas having hydrogen is supplied to one electrode (anode) side of a pair of electrodes, and an oxidizing gas having oxygen is supplied to the other electrode (cathode: cathode) side. An electromotive force can be obtained by using an electrochemical reaction occurring between the two. The electrochemical reaction formula that occurs in the fuel cell is shown below.

Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− （１）
（１／２）Ｏ２ ＋ ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− → Ｈ２Ｏ （２）
Ｈ２ ＋ （１／２）Ｏ２ → Ｈ２Ｏ （３） H 2 → 2H + + 2e − (1)
(1/2) O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O (2)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3)

式（１）はアノード側における反応を示す反応式であり、式（２）はカソード側における反応を示す反応式であり、式（３）は燃料電池全体の全反応を示す反応式である。   Equation (1) is a reaction equation showing the reaction on the anode side, Equation (2) is a reaction equation showing the reaction on the cathode side, and Equation (3) is a reaction equation showing the entire reaction of the entire fuel cell.

燃料電池（燃料電池発電装置）は使用する電解質の種類により分類されている。燃料電池の中で、高分子電解質膜を使用する固体高分子型燃料電池または固体高分子電解質形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell : ＰＥＦＣ）、リン酸を電解質として使用するリン酸型燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell : ＰＡＦＣ）、炭酸イオンを電荷担体とする電解質を使用する溶融炭酸塩型燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell : ＭＣＦＣ）等では、使用する電解質の性質から、二酸化炭素を含む酸化ガスまたは炭酸ガスを使用することが可能である。そこで、通常これらの燃料電池では、空気を酸化ガスとして用い、天然ガス等の炭化水素系の原燃料を水蒸気改質して生成した水素を含むガスを燃料ガスとして用いている。   Fuel cells (fuel cell power generators) are classified according to the type of electrolyte used. Among fuel cells, polymer electrolyte fuel cell or polymer electrolyte fuel cell (PEFC) using polymer electrolyte membrane, phosphoric acid fuel cell using phosphoric acid as electrolyte (Phosphoric) Acid Fuel Cell (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) that uses an electrolyte with carbonate ions as a charge carrier, etc., due to the nature of the electrolyte used, oxidizing gas or carbon dioxide containing carbon dioxide. It is possible to use gas. Therefore, in these fuel cells, normally, air is used as an oxidizing gas, and a gas containing hydrogen generated by steam reforming a hydrocarbon-based raw fuel such as natural gas is used as a fuel gas.

このため、上述のような燃料電池を備えた燃料電池発電装置（燃料電池システム）には、改質器と水蒸気改質反応に伴って残存する一酸化炭素の濃度を下げるための一酸化炭素変成器とが設けられている。この改質器および一酸化炭素変成器において原燃料の改質を行ない、燃料ガスを生成している。式（４）は、燃料としてメタンを用いた場合の改質器におけるメタンの改質反応（水蒸気改質反応）を示す反応式である。   For this reason, in a fuel cell power generation device (fuel cell system) equipped with the fuel cell as described above, carbon monoxide conversion for reducing the concentration of carbon monoxide remaining due to the reformer and the steam reforming reaction. Is provided. In this reformer and carbon monoxide converter, the raw fuel is reformed to generate fuel gas. Formula (4) is a reaction formula showing the reforming reaction of methane (steam reforming reaction) in the reformer when methane is used as the fuel.

ＣＨ４ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ ＋ ３Ｈ２ （＋206.14 KJ/mol：吸熱反応） （４） CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (+206.14 KJ / mol: endothermic reaction) (4)

式（４）に示されるように、メタンの改質反応は気化熱および改質熱に等しい吸熱を要する吸熱反応である。この吸熱をまかなうために、メタンに水蒸気を添加した上で、燃料電池からの燃料オフガスを燃焼させた燃焼排ガスを利用して、粒状改質触媒を６００〜７００℃に保つことにより、水素に富む（水素リッチな）改質ガスを生成している。   As shown in Equation (4), the reforming reaction of methane is an endothermic reaction that requires an endotherm equal to the heat of vaporization and the heat of reforming. In order to cover this endotherm, water is added to methane, and then the granular reforming catalyst is kept at 600 to 700 ° C. using combustion exhaust gas obtained by burning fuel off-gas from the fuel cell. It produces reformed gas (hydrogen-rich).

改質器を出た改質ガスは、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減させるために一酸化炭素変成器へ供給される。この一酸化炭素変成器で一酸化炭素濃度は１％以下に低減されるため、白金触媒の劣化を防ぐために一酸化炭素濃度を１％以下にする必要のあるリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）であれば、このガスをＰＡＦＣ本体へと導入して発電を行なうことができる。   The reformed gas leaving the reformer is supplied to a carbon monoxide converter to reduce the carbon monoxide concentration in the reformed gas. With this carbon monoxide converter, the carbon monoxide concentration is reduced to 1% or less, so in a phosphoric acid fuel cell (PAFC) that needs to have a carbon monoxide concentration of 1% or less to prevent deterioration of the platinum catalyst. If there is, this gas can be introduced into the PAFC body to generate electricity.

一方、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、高分子電解質膜の抵抗が小さいため動作温度は６０〜８０℃と低い。このため、両極の反応が迅速に進むように電極触媒として白金が使用されている。しかし改質ガス中に一酸化炭素が存在すると、この一酸化炭素による触媒被毒により活性が低下するため、一酸化炭素濃度をさらに低減させる必要がある。そこで改質ガスは一酸化炭素変成器に供給され、ここで一酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ以下に低減させている。   On the other hand, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) has a low operating temperature of 60 to 80 ° C. because the resistance of the polymer electrolyte membrane is small. For this reason, platinum is used as an electrode catalyst so that the reaction of both electrodes proceeds rapidly. However, if carbon monoxide is present in the reformed gas, the activity is lowered due to catalyst poisoning by the carbon monoxide, so that it is necessary to further reduce the carbon monoxide concentration. Therefore, the reformed gas is supplied to a carbon monoxide converter, where the carbon monoxide concentration is reduced to 10 ppm or less.

従来、改質器または変成器に供給される水は、例えば特許文献１に記載されているように、原燃料の量および供給タイミングに応じて燃料側水ポンプによりその量を制御している。このようにして改質ガスは固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）に供給される。しかし、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）では、高分子電解質膜内においてイオンの流れによってアノード側から水が持ち去られる電気浸透現象（Electro-osmosis）が生じるため、高分子電解質膜の乾燥が起こる結果、イオンの導電性が確保できず電気抵抗の増大により出力が低下してしまう。そこで、アノードおよびカソードの両電極間で電気化学反応を効率よく起こすためには高分子電解質膜を湿潤状態とすることが必要であり、このため、反応ガスを加湿して水分を高分子電解質膜に供給している。   Conventionally, the amount of water supplied to the reformer or the transformer is controlled by a fuel-side water pump in accordance with the amount of raw fuel and the supply timing, as described in Patent Document 1, for example. In this way, the reformed gas is supplied to the polymer electrolyte fuel cell (PEFC). However, in a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), electro-osmosis occurs in which water is removed from the anode side due to the flow of ions in the polymer electrolyte membrane, which causes the polymer electrolyte membrane to dry. As a result, the conductivity of ions cannot be ensured, and the output decreases due to an increase in electrical resistance. Therefore, in order to efficiently cause an electrochemical reaction between the anode and the cathode, the polymer electrolyte membrane needs to be in a wet state. For this reason, the reaction gas is humidified to remove moisture from the polymer electrolyte membrane. To supply.

図４は、従来の燃料電池発電装置７０の構成の概略を示す。図４において、符号１は供給された天然ガス等の炭化水素系の原燃料３０に含まれる硫黄分の脱硫を行なう脱硫器、８は水蒸気改質用水３２を水蒸気発生器２（後述）へ供給する水蒸気改質用水供給ポンプ、７は上述の吸熱反応をまかなうためのバーナ、２は脱硫器１で脱硫された原燃料３０が混合された、水蒸気改質用水供給ポンプ８により供給された水蒸気改質用水３２から水蒸気を発生させる水蒸気発生器、３は水蒸気発生器２から供給された水蒸気から水素リッチな改質ガスを生成する改質器、４は改質器３から出た改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる一酸化炭素（ＣＯ）変成器、５はＣＯ変成器４から出た改質ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素へ変換することにより除去して燃料ガス３６を生成する一酸化炭素（ＣＯ）除去器、２２はバーナ７、水蒸気発生器２、改質器３、ＣＯ変成器４およびＣＯ除去器５から構成される燃料改質装置である。なお、燃料改質装置２２は狭義にはバーナ７を除くものとする。続けて、符号１０は燃料ガス３６を加湿するための加湿用水３８を燃料ガス加湿器９（後述）へ供給する燃料ガス加湿用水ポンプ、９は一酸化炭素（ＣＯ）除去器５から供給された燃料ガス３６を燃料ガス加湿用水ポンプ１０から供給された加湿用水３８により加湿して燃料電池６（後述）のアノード２４へ供給する燃料ガス加湿器、１２は酸化ガス３４を加湿するための加湿用水４０を酸化ガス加湿器１１（後述）へ供給する酸化ガス加湿用水ポンプ、１１は供給された酸化ガス３４を酸化ガス加湿用水ポンプ１２から供給された加湿用水４０により加湿して燃料電池６のカソード２８へ供給する酸化ガス加湿器、６は燃料電池でありアノード２４、高分子電解質膜２６およびカソード２８から構成されている。   FIG. 4 shows a schematic configuration of a conventional fuel cell power generator 70. In FIG. 4, reference numeral 1 denotes a desulfurizer for desulfurization of sulfur contained in a hydrocarbon-based raw fuel 30 such as supplied natural gas, and 8 denotes supply of steam reforming water 32 to a steam generator 2 (described later). The steam reforming water supply pump 7 is a burner for carrying out the endothermic reaction described above, 2 is the steam reformer supplied by the steam reforming water supply pump 8 mixed with the raw fuel 30 desulfurized by the desulfurizer 1. A steam generator that generates steam from the quality water 32, 3 is a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas from the steam supplied from the steam generator 2, and 4 is the reformed gas from the reformer 3. A carbon monoxide (CO) converter 5 for reducing the concentration of carbon monoxide is removed by converting carbon monoxide contained in the reformed gas discharged from the CO converter 4 into carbon dioxide to remove the fuel gas 36. Carbon monoxide produced (CO Remover, 22 burners 7, steam generator 2, a fuel reformer device comprising reformer 3, CO shift converter 4 and the CO remover 5. The fuel reformer 22 excludes the burner 7 in a narrow sense. Subsequently, reference numeral 10 denotes a fuel gas humidification water pump for supplying humidification water 38 for humidifying the fuel gas 36 to a fuel gas humidifier 9 (described later), and 9 is supplied from the carbon monoxide (CO) remover 5. A fuel gas humidifier that humidifies the fuel gas 36 with the humidifying water 38 supplied from the fuel gas humidifying water pump 10 and supplies the fuel gas 36 to the anode 24 of the fuel cell 6 (described later), and 12 is a humidifying water for humidifying the oxidizing gas 34. 40 is an oxidizing gas humidifying water pump that supplies 40 to an oxidizing gas humidifier 11 (described later), 11 is a cathode of the fuel cell 6 by humidifying the supplied oxidizing gas 34 with the humidifying water 40 supplied from the oxidizing gas humidifying water pump 12. An oxidizing gas humidifier 6 supplied to the fuel cell 28 is a fuel cell, and includes an anode 24, a polymer electrolyte membrane 26, and a cathode 28.

次に、従来の燃料電池発電装置７０の動作を説明する。脱硫器１において硫黄分を取り除かれた原燃料３０は、水蒸気改質用水供給ポンプ８により供給された水蒸気改質用水３２と混合された後、水蒸気発生器２へ供給されて気化され、改質器３へ供給される。改質器３では式（４）で示される水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスが生成される。ここで、上述の吸熱反応をまかなうためバーナ７による燃焼を利用して燃料改質装置２２を昇温させる。   Next, the operation of the conventional fuel cell power generator 70 will be described. The raw fuel 30 from which the sulfur content has been removed in the desulfurizer 1 is mixed with the steam reforming water 32 supplied by the steam reforming water supply pump 8 and then supplied to the steam generator 2 to be vaporized and reformed. To the vessel 3. In the reformer 3, a hydrogen-rich reformed gas is generated by the steam reforming reaction represented by the formula (4). Here, the temperature of the fuel reformer 22 is raised using combustion by the burner 7 in order to cover the endothermic reaction described above.

改質器３から出た改質ガスはＣＯ変成器４へ供給されて、改質ガス中に含まれる一酸化炭素および水蒸気を水素および二酸化炭素へ変成させる一酸化炭素反応により水素濃度が高められる。その後、一定量の空気（不図示）と共にＣＯ除去器５へ供給されて一酸化炭素を二酸化炭素へ変換する一酸化炭素選択酸化反応により、一酸化炭素濃度が１０ｐｐｍ以下に低減される。以上のように、一酸化炭素濃度が低濃度になり改質された水素を有する燃料ガス３６が、加湿器９による加湿後、燃料電池６のアノード２４へ供給される。燃料電池６からは燃料オフガス３７と電池反応後の空気３５とが排出される。   The reformed gas output from the reformer 3 is supplied to the CO converter 4, and the hydrogen concentration is increased by a carbon monoxide reaction that converts carbon monoxide and water vapor contained in the reformed gas into hydrogen and carbon dioxide. . Thereafter, the carbon monoxide concentration is reduced to 10 ppm or less by a carbon monoxide selective oxidation reaction that is supplied to the CO remover 5 together with a certain amount of air (not shown) to convert carbon monoxide into carbon dioxide. As described above, the fuel gas 36 having the reformed hydrogen whose carbon monoxide concentration is low is supplied to the anode 24 of the fuel cell 6 after being humidified by the humidifier 9. From the fuel cell 6, the fuel off-gas 37 and the air 35 after the cell reaction are discharged.

一方、特許文献２に記載されているように、燃料電池に供給される水素に水蒸気および冷却水を送ることにより加湿する燃料電池発電設備もある。しかし、このような燃料電池発電設備では、水蒸気を混合するための水蒸気発生器および混合器、冷却水を送るための冷却水供給器および凝縮器等が必要であった。   On the other hand, as described in Patent Document 2, there is also a fuel cell power generation facility that humidifies by supplying water vapor and cooling water to hydrogen supplied to the fuel cell. However, such a fuel cell power generation facility requires a steam generator and a mixer for mixing steam, a cooling water supplier and a condenser for sending cooling water, and the like.

特開２０００−３０７２６号公報JP 2000-30726 A 特開２００２−３１３３８１号公報JP 2002-313381 A

上述の従来の燃料電池発電装置７０では、反応ガス(燃料ガス３６、酸化ガス３４)への加湿量は、ガス量と燃料電池６の負荷（不図示）とに対し精密に制御される必要がある。加湿量が少なすぎる場合、高分子電解質膜２６内のイオン導電性が低下して電気抵抗が増大し、発電効率が低下する。加湿量が多すぎる場合、燃料電池６の内部およびアノード２４、カソード２８の電極表面で液体の水となって反応ガスの拡散を阻害し、電気化学反応が起こらない部位が発生する。このため、加湿器９としては燃料ガス３６に対して加湿量を制限した加湿を行なうことができる湿度交換型の熱交換器を用いることが必要となるという問題があった。   In the above-described conventional fuel cell power generator 70, the humidification amount to the reaction gas (fuel gas 36, oxidizing gas 34) needs to be precisely controlled with respect to the gas amount and the load (not shown) of the fuel cell 6. is there. If the amount of humidification is too small, the ionic conductivity in the polymer electrolyte membrane 26 decreases, the electrical resistance increases, and the power generation efficiency decreases. When the amount of humidification is too large, liquid water is formed inside the fuel cell 6 and on the electrode surfaces of the anode 24 and the cathode 28 to inhibit the diffusion of the reaction gas, and a site where no electrochemical reaction occurs is generated. For this reason, there has been a problem that it is necessary to use a humidity exchange type heat exchanger capable of humidifying the fuel gas 36 with a humidification amount limited as the humidifier 9.

水蒸気改質されて供給される燃料ガス３６の場合、水蒸気改質用水３２によって既に加湿され、高分子電解質膜２６に水分が供給される。この水蒸気改質用水３２の量は、通常、原燃料３０の流量に比例した量が供給されている。しかし、燃料改質装置２２の温度および／または圧力の変化、燃料電池６の出力の変動等により、水蒸気改質反応、一酸化炭素変成反応および／または一酸化炭素除去反応の量が変動し、これらの反応により生成あるいは消費される水蒸気改質水量が変化して、燃料電池６に供給される燃料ガス３６中の加湿量が変動することがある。あるいはまた、燃料改質装置２２と燃料電池６との間の配管、機器等（不図示）で燃料ガス３６中の水分が液滴となり、燃料ガス３６中の加湿量が変動することもある。このため、燃料電池６に供給される水分量が変動してしまい、燃料電池６の発電効率が低下するという問題があった。   In the case of the fuel gas 36 supplied by steam reforming, the fuel gas 36 is already humidified by the steam reforming water 32, and moisture is supplied to the polymer electrolyte membrane 26. The amount of the steam reforming water 32 is usually supplied in proportion to the flow rate of the raw fuel 30. However, the amount of the steam reforming reaction, the carbon monoxide shift reaction and / or the carbon monoxide removal reaction fluctuates due to changes in the temperature and / or pressure of the fuel reforming device 22 and fluctuations in the output of the fuel cell 6. The amount of steam reformed water produced or consumed by these reactions may change, and the amount of humidification in the fuel gas 36 supplied to the fuel cell 6 may vary. Alternatively, the moisture in the fuel gas 36 may become droplets in piping, equipment, etc. (not shown) between the fuel reformer 22 and the fuel cell 6, and the humidification amount in the fuel gas 36 may fluctuate. For this reason, the amount of water supplied to the fuel cell 6 fluctuates, and the power generation efficiency of the fuel cell 6 is reduced.

一方、上述の特許文献２に記載されている燃料電池発電設備では、水蒸気を混合するための水蒸気発生器および混合器、冷却水を送るための冷却水供給器および凝縮器等が必要であるため、設備およびコストの増大を招くという問題があった。   On the other hand, in the fuel cell power generation facility described in Patent Document 2 described above, a steam generator and a mixer for mixing steam, a cooling water supplier and a condenser for sending cooling water, and the like are necessary. There was a problem that the equipment and the cost were increased.

そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、湿度交換型の熱交換器を用いることなく、あるいは水蒸気発生器および混合器等を用いることなく、燃料改質装置２２の温度および／または圧力の変化、燃料電池６の出力の変動等による燃料電池発電装置７０の運転状態の予期しない変化に左右されずに反応ガスへの加湿量の精密な制御を行なうことができ、燃料電池６の発電効率の安定制御が可能な燃料電池発電装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention has been made to solve the above-described problem, and without using a humidity exchange type heat exchanger or without using a steam generator, a mixer, or the like, a fuel reformer. It is possible to precisely control the amount of humidification to the reaction gas without being influenced by unexpected changes in the operating state of the fuel cell power generator 70 due to changes in the temperature and / or pressure of the fuel cell 22, fluctuations in the output of the fuel cell 6, etc. An object of the present invention is to provide a fuel cell power generator capable of stably controlling the power generation efficiency of the fuel cell 6.

この発明の燃料電池発電装置は、水蒸気供給手段により得られる水蒸気と原燃料とが供給されて水素リッチな改質ガスを発生させる改質部と、前記改質部により供給された改質ガス中に含まれる一酸化炭素および水蒸気を水素および二酸化炭素へ変成させる一酸化炭素変成部と、前記一酸化炭素変成部により供給された改質ガスに空気を加えて一酸化炭素選択反応により一酸化炭素を二酸化炭素へ変換し燃料ガスを生成する一酸化炭素除去部とを有する燃料改質装置と、前記燃料改質装置により改質された水素を有する燃料ガスを用いて発電を行なう燃料電池とを備えた燃料電池発電装置において、前記燃料改質装置と前記燃料電池との間に前記燃料ガスの露点を計測する温湿度計を設け、該温湿度計の露点が所定の方式に基づき求められた指示値となるように前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を制御するものであり、該指示値は、前記燃料電池の出力より得られた電流が同じ値である場合は前記改質部に流れる燃料ガス流量の大小に応じて大小となり、且つ前記改質部に流れる燃料ガス流量が同じ値である場合は前記燃料電池の出力より得られた電流の大小に応じて大小となるように設定されることを特徴とする。 A fuel cell power generator according to the present invention includes a reforming unit that generates a hydrogen-rich reformed gas by being supplied with steam and raw fuel obtained by a steam supply unit, and a reformed gas supplied by the reforming unit. Carbon monoxide and water vapor to be converted to hydrogen and carbon dioxide, and carbon monoxide by a carbon monoxide selective reaction by adding air to the reformed gas supplied by the carbon monoxide converter A fuel reformer having a carbon monoxide removing unit that converts fuel into carbon dioxide to generate fuel gas, and a fuel cell that generates power using the fuel gas having hydrogen reformed by the fuel reformer In the fuel cell power generator provided, a temperature / humidity meter for measuring the dew point of the fuel gas is provided between the fuel reformer and the fuel cell, and the dew point of the temperature / humidity meter was determined based on a predetermined method. Is for controlling the flow rate of the steam supplied from the steam supply means so as to 示値, the indicated value, if the current obtained from the output of the fuel cell is the same value the reforming section When the flow rate of the fuel gas flowing through the reforming section is the same value, the flow rate is increased or decreased according to the current obtained from the output of the fuel cell. It is characterized by being set .

ここで、この発明の燃料電池発電装置において、前記所定の方式に加え、さらに前記一酸化炭素変成部の温度の上下限値及び／又は前記一酸化炭素除去部の温度の上下限値に応じて前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を制御するものであり、前記一酸化炭素変成部の温度が、上限値以上となる場合は前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を増やし、下限値以下となる場合は該水蒸気の流量を減らし、前記一酸化炭素除去部の温度が、上限値以上となる場合は前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を増やし、下限値以下となる場合は該水蒸気の流量を減らすことができる。 Here, in the fuel cell power generation device according to the present invention, in addition to the predetermined method, according to the upper and lower limit values of the temperature of the carbon monoxide shifter and / or the upper and lower limits of the temperature of the carbon monoxide removal unit. The flow rate of water vapor supplied from the water vapor supply means is controlled , and when the temperature of the carbon monoxide shifter is equal to or higher than the upper limit, the flow rate of water vapor supplied from the water vapor supply means is increased, and the lower limit When the flow rate of the water vapor is reduced, the flow rate of the water vapor is decreased, and when the temperature of the carbon monoxide removal unit is equal to or higher than the upper limit value, the flow rate of the water vapor supplied from the water vapor supply means is increased to be lower than the lower limit value. Can reduce the flow rate of the water vapor .

本発明の燃料電池発電装置によれば、従来の燃料電池発電装置に用いられていた加湿器９および燃料ガス加湿用水ポンプ１０を取り去った上で、燃料ガス３６の露点を測定する温湿度計と、原燃料３０の流量を測定する流量計と、燃料電池６の出力を測定する電力計と、制御装置とを設けることができる。制御装置は燃料電池出力より得られた電流と流量計により得られた原燃料の流量とから露点指示値（目標とする露点）を求め、この露点を指示値として水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を増減させて、水蒸気改質用水３２の流量を制御することができる。このため、湿度交換型の熱交換器を用いることなく、あるいは水蒸気発生器および混合器等を用いることなく、燃料改質装置２２の温度および／または圧力の変化、燃料電池６の出力の変動等による燃料電池発電装置の運転状態の予期しない変化に左右されずに燃料ガス３６の露点および反応ガスへの加湿量の精密な制御を行なうことができ、燃料電池６の発電効率の安定制御が可能な燃料電池発電装置を提供することができるという効果がある。   According to the fuel cell power generator of the present invention, the temperature and humidity meter for measuring the dew point of the fuel gas 36 after removing the humidifier 9 and the fuel gas humidifying water pump 10 used in the conventional fuel cell power generator, A flow meter that measures the flow rate of the raw fuel 30, a wattmeter that measures the output of the fuel cell 6, and a control device can be provided. The control device obtains a dew point instruction value (target dew point) from the current obtained from the fuel cell output and the flow rate of the raw fuel obtained from the flow meter, and uses the dew point as an instruction value for the steam reforming water supply pump 8. The flow rate of the steam reforming water 32 can be controlled by increasing or decreasing the voltage. For this reason, the temperature and / or pressure change of the fuel reformer 22, the fluctuation of the output of the fuel cell 6, etc. without using a humidity exchange type heat exchanger or without using a steam generator and a mixer, etc. Therefore, precise control of the dew point of the fuel gas 36 and the amount of humidification of the reaction gas can be performed without being influenced by an unexpected change in the operating state of the fuel cell power generation device, and the power generation efficiency of the fuel cell 6 can be stably controlled. There is an effect that a simple fuel cell power generator can be provided.

以下、各実施例について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, each embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施例１における燃料電池発電装置５０の構成の概要を示す。図１において、図４の従来の燃料電池発電装置７０と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。本実施例１における燃料電池発電装置５０が従来の燃料電池発電装置７０と異なる点は、図１に示されるように加湿器９および燃料ガス加湿用水ポンプ１０を取り去った上で、燃料ガス３６の露点を測定することにより湿度を得る温湿度計１５と、原燃料３０の流量を測定する原燃料ポンプまたは流量計（以下、「流量計」と言う。）２０と、燃料電池６の出力を測定する電力計１７（または電流計であってもよい。）と、制御装置１３とを設けた点にある。   FIG. 1 shows an outline of the configuration of a fuel cell power generator 50 according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the portions denoted by the same reference numerals as those of the conventional fuel cell power generation device 70 of FIG. The difference between the fuel cell power generation device 50 of the first embodiment and the conventional fuel cell power generation device 70 is that the humidifier 9 and the water pump 10 for humidifying the fuel gas are removed as shown in FIG. A thermo-hygrometer 15 that obtains humidity by measuring the dew point, a raw fuel pump or flow meter (hereinafter referred to as “flow meter”) 20 that measures the flow rate of the raw fuel 30, and the output of the fuel cell 6 are measured. The power meter 17 (or an ammeter) to be used and the control device 13 are provided.

図１に示されるように、温湿度計１５は燃料改質装置２２と燃料電池６のアノード２４との間に設けられ、点線で示されるように制御装置１３は温湿度計１５、流量計２０および電力計１７から各々測定データを得ることができ、これらの測定データに基づき水蒸気改質用水供給ポンプ８を制御可能なように構成されている。制御装置１３は温湿度計１５により燃料ガス３６の露点を検出し、電力計１７により燃料電池６の出力（燃料電池出力）、あるいは電流計であれば燃料電池６の電流を検出する。   As shown in FIG. 1, the thermohygrometer 15 is provided between the fuel reformer 22 and the anode 24 of the fuel cell 6, and the controller 13 includes the thermohygrometer 15 and the flow meter 20 as indicated by dotted lines. Measurement data can be obtained from the wattmeter 17 and the water supply pump 8 for steam reforming can be controlled based on these measurement data. The control device 13 detects the dew point of the fuel gas 36 with the temperature / humidity meter 15, and detects the output of the fuel cell 6 (fuel cell output) with the power meter 17, or the current of the fuel cell 6 with an ammeter.

図２は、燃料電池出力（あるいは電流）と原燃料３０の流量との関係を示すグラフであり、この図２から露点指示値を求められる。図２において、横軸は電力計１７により測定された燃料電池出力より得られた電流（Ａ）（あるいは電流計により測定された電流）、符号ＡおよびＢは各々原燃料３０の流量（原燃料ガス流量：Ｎｍ３／ｈ）の一例である。縦軸は温湿度計１５に与える露点指示値である。制御装置１３は燃料電池出力より得られた電流と流量計２０により得られた原燃料３０の流量とから温湿度計１５の目標値（指示値）となる露点を求め、温湿度計１５の実測値が露点指示値（設定した温度）となるように水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を増減させて、水蒸気改質用水３２の流量を制御する。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the fuel cell output (or current) and the flow rate of the raw fuel 30, and the dew point instruction value can be obtained from FIG. In FIG. 2, the horizontal axis represents the current (A) obtained from the fuel cell output measured by the wattmeter 17 (or the current measured by the ammeter), and symbols A and B represent the flow rate of the raw fuel 30 (raw fuel). This is an example of gas flow rate: Nm 3 / h). The vertical axis represents the dew point instruction value given to the thermohygrometer 15. The control device 13 obtains a dew point that becomes a target value (indicated value) of the thermohygrometer 15 from the current obtained from the fuel cell output and the flow rate of the raw fuel 30 obtained by the flow meter 20, and actually measures the thermohygrometer 15. The flow rate of the steam reforming water 32 is controlled by increasing or decreasing the voltage of the steam reforming water supply pump 8 so that the value becomes the dew point instruction value (set temperature).

例えば、図２に示されるように燃料電池出力より得られた電流がＩ（Ａ）であり検出された原燃料ガス流量がＡ（Ｎｍ３／ｈ）の場合、設定した露点はＴ（℃）である。しかし、温湿度計１５により測定された露点が設定した露点Ｔ（℃）より高いＴｊ（℃）となってしまった場合、制御装置１３は水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を減らすことにより、露点Ｔｊ（℃）を設定した露点Ｔ（℃）になるように下げることができる。一方、同じく原燃料ガス流量がＡ（Ｎｍ３／ｈ）の場合に、温湿度計１５により測定された露点が設定した露点Ｔ（℃）より低いＴｋ（℃）となってしまった場合、制御装置１３は水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を増やすことにより、露点Ｔｋ（℃）を設定した露点Ｔ（℃）になるように上げることができる。なお、図２のデータは予め実測したものであり、燃料電池出力値、原燃料ガス流量および露点指示値との関係が制御装置１３にメモリされている。 For example, as shown in FIG. 2, when the current obtained from the fuel cell output is I (A) and the detected raw fuel gas flow rate is A (Nm 3 / h), the set dew point is T (° C.). It is. However, when the dew point measured by the thermohygrometer 15 becomes Tj (° C.) higher than the set dew point T (° C.), the control device 13 controls the voltage of the steam reforming water supply pump 8 to control the steam. By reducing the flow rate of the reforming water 32, the dew point Tj (° C.) can be lowered to the set dew point T (° C.). On the other hand, if the raw fuel gas flow rate is A (Nm 3 / h), the control is performed when the dew point measured by the thermohygrometer 15 is lower than the set dew point T (° C.). The apparatus 13 can raise the dew point Tk (° C.) to the dew point T (° C.) by increasing the flow rate of the steam reforming water 32 by controlling the voltage of the steam reforming water supply pump 8. The data in FIG. 2 is actually measured in advance, and the relationship between the fuel cell output value, the raw fuel gas flow rate, and the dew point instruction value is stored in the control device 13.

以上より、本発明の実施例１によれば、従来の燃料電池発電装置に用いられていた加湿器９および燃料ガス加湿用水ポンプ１０を取り去った上で、燃料ガス３６の露点を測定する温湿度計１５と、原燃料３０の流量を測定する流量計２０と、燃料電池６の出力を測定する電力計１７と、制御装置１３とを設ける。制御装置１３は燃料電池出力より得られた電流と流量計２０により得られた原燃料３０の流量とから図２を参照して露点指示値を求め、燃料ガス流量によって定めた一定の露点となるように水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を増減させて、水蒸気改質用水３２の流量を制御することができる。このため、湿度交換型の熱交換器を用いることなく、あるいは水蒸気発生器および混合器等を用いることなく、燃料改質装置２２の温度および／または圧力の変化、燃料電池６の出力の変動等による燃料電池発電装置の運転状態の予期しない変化に左右されずに燃料ガス３６の露点および反応ガスへの加湿量の精密な制御を行なうことができ、燃料電池６の発電効率の安定制御が可能な燃料電池発電装置を提供することができる。すなわち、本発明の実施例１における燃料電池発電装置５０は、水蒸気供給手段（水蒸気改質用水供給ポンプ８および水蒸気発生器２）により得られる水蒸気と原燃料３０とが供給されて水素リッチな改質ガスを発生させる改質部（改質器３）と、当該改質部により供給された改質ガス中に含まれる一酸化炭素および水蒸気を水素および二酸化炭素へ変成させる一酸化炭素変成部（一酸化炭素変成器４）と、当該一酸化炭素変成部により供給された改質ガスに空気を加えて一酸化炭素選択反応により一酸化炭素を二酸化炭素へ変換し燃料ガスを生成する一酸化炭素除去部（一酸化炭素除去器４）とを有する燃料改質装置２２と、燃料改質装置２２により改質された水素を有する燃料ガス３６を用いて発電を行なう燃料電池６とを備えた燃料電池発電装置５０において、燃料改質装置２２と燃料電池６との間に燃料ガス３６の露点を計測する温湿度計１５を設け、温湿度計１５の露点が所定の方式に基づき求められた指示値となるように上記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を制御することができる。ここで、所定の方式に基づき求められた指示値とは、燃料電池６の出力及び上記改質部に流れる燃料ガス流量に応じて定められた露点である。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, the temperature and humidity for measuring the dew point of the fuel gas 36 after removing the humidifier 9 and the water pump 10 for humidifying the fuel gas used in the conventional fuel cell power generator. A meter 15, a flow meter 20 that measures the flow rate of the raw fuel 30, a wattmeter 17 that measures the output of the fuel cell 6, and a control device 13 are provided. The control device 13 obtains a dew point instruction value from the current obtained from the fuel cell output and the flow rate of the raw fuel 30 obtained by the flow meter 20 with reference to FIG. 2, and becomes a constant dew point determined by the fuel gas flow rate. As described above, the flow rate of the steam reforming water 32 can be controlled by increasing or decreasing the voltage of the steam reforming water supply pump 8. For this reason, the temperature and / or pressure change of the fuel reformer 22, the fluctuation of the output of the fuel cell 6, etc. without using a humidity exchange type heat exchanger or without using a steam generator and a mixer, etc. Therefore, precise control of the dew point of the fuel gas 36 and the amount of humidification of the reaction gas can be performed without being influenced by an unexpected change in the operating state of the fuel cell power generation device, and the power generation efficiency of the fuel cell 6 can be stably controlled. A fuel cell power generator can be provided. That is, the fuel cell power generation device 50 according to the first embodiment of the present invention is supplied with the steam obtained by the steam supply means (steam reforming water supply pump 8 and the steam generator 2) and the raw fuel 30, and is rich in hydrogen. A reforming section (reformer 3) for generating a gaseous gas, and a carbon monoxide conversion section for converting carbon monoxide and water vapor contained in the reformed gas supplied by the reforming section into hydrogen and carbon dioxide ( Carbon monoxide generator 4) and carbon monoxide that generates fuel gas by adding air to the reformed gas supplied by the carbon monoxide converter and converting carbon monoxide to carbon dioxide by a carbon monoxide selective reaction A fuel including a fuel reformer 22 having a removal unit (carbon monoxide remover 4) and a fuel cell 6 that generates power using a fuel gas 36 having hydrogen reformed by the fuel reformer 22. Electric In the power generation device 50, a thermohygrometer 15 that measures the dew point of the fuel gas 36 is provided between the fuel reformer 22 and the fuel cell 6, and the dew point of the thermohygrometer 15 is determined based on a predetermined method. It is possible to control the flow rate of water vapor supplied from the water vapor supply means. Here, the instruction value obtained based on the predetermined method is a dew point determined according to the output of the fuel cell 6 and the flow rate of the fuel gas flowing through the reforming unit.

図３は、本発明の実施例２における燃料電池発電装置６０の構成の概要を示す。図３において、図１の燃料電池発電装置５０と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。本実施例２における燃料電池発電装置６０が燃料電池発電装置５０と異なる点は、図３に示されるようにＣＯ変成器４の温度を測定するＣＯ変成器温度測定点１４ａおよび／またはＣＯ除去器５の温度を測定するＣＯ除去器温度測定点１４ｂを設け、制御装置１３で測定データを得られるようにした点にある。   FIG. 3 shows an outline of the configuration of the fuel cell power generator 60 according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 3, the portions denoted by the same reference numerals as those of the fuel cell power generation device 50 of FIG. The difference of the fuel cell power generation device 60 in the second embodiment from the fuel cell power generation device 50 is that a CO transformer temperature measurement point 14a for measuring the temperature of the CO transformer 4 and / or a CO remover as shown in FIG. The CO removal device temperature measurement point 14 b for measuring the temperature 5 is provided, and the control device 13 can obtain the measurement data.

制御装置１３は、水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧をＣＯ変成器温度測定点１４ａおよび／またはＣＯ除去器温度測定点１４ｂの温度の上下限値で増減させることにより、水蒸気改質反応が正常に行なわれる範囲から外れることなく、水蒸気改質用水３２の流量を制御することができる。   The control device 13 increases or decreases the voltage of the steam reforming water supply pump 8 at the upper and lower limits of the temperature at the CO transformer temperature measurement point 14a and / or the CO remover temperature measurement point 14b, so that the steam reforming reaction is normal. The flow rate of the steam reforming water 32 can be controlled without deviating from the range in which the steam reforming is performed.

例えば、露点が設定した温度より高くなった場合、実施例１と同様に制御装置１３は水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を減らし、露点を設定した温度になるように下げていく。しかし、ＣＯ変成器温度測定点１４ａの温度が上がり、反応温度の上限に設定した温度（上限値）、例えば３５０℃以上になるような場合、ＣＯ変成器４で正常に反応を維持できるように水蒸気改質用水３２の流量を増やし、ＣＯ変成器温度測定点１４ａが上限値以下で且つ露点が設定した温度に近づくように水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を制御する。   For example, when the dew point becomes higher than the set temperature, the control device 13 controls the voltage of the steam reforming water supply pump 8 to reduce the flow rate of the steam reforming water 32 and sets the dew point as in the first embodiment. Decrease to reach temperature. However, when the temperature at the CO transformer temperature measurement point 14a rises and becomes a temperature set at the upper limit of the reaction temperature (upper limit value), for example, 350 ° C. or higher, the CO transformer 4 can maintain the reaction normally. The steam reforming water 32 is controlled by increasing the flow rate of the steam reforming water 32 and controlling the voltage of the steam reforming water supply pump 8 so that the CO transformer temperature measurement point 14a is less than or equal to the upper limit value and the dew point approaches the set temperature. To control the flow rate.

一方、露点が設定した温度より低くなった場合、実施例１と同様に制御装置１３は水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を増やし、露点を設定した温度になるように上げていく。しかし、ＣＯ変成器温度測定点１４ａの温度が下がり、反応温度の下限に設定した温度（下限値）、例えば１６０℃以下になるような場合、ＣＯ変成器４で正常に反応を維持できるように水蒸気改質用水３２の流量を減らし、ＣＯ変成器温度測定点１４ａが下限値以上で且つ露点が設定した温度に近づくように水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を制御する。   On the other hand, when the dew point becomes lower than the set temperature, the control device 13 controls the voltage of the steam reforming water supply pump 8 to increase the flow rate of the steam reforming water 32 and set the dew point as in the first embodiment. Raise to reach temperature. However, in the case where the temperature at the CO converter temperature measurement point 14a decreases and the temperature is set to the lower limit of the reaction temperature (lower limit value), for example, 160 ° C. or less, the CO converter 4 can maintain the reaction normally. The steam reforming water 32 is controlled by reducing the flow rate of the steam reforming water 32 and controlling the voltage of the steam reforming water supply pump 8 so that the CO transformer temperature measurement point 14a is equal to or higher than the lower limit value and the dew point approaches the set temperature. To control the flow rate.

露点制御のため水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を制御した際、ＣＯ除去器温度測定点１４ｂの温度が上限値で２００℃以上、あるいは下限値で１００℃以下となってしまった場合、上述のようなＣＯ変成器温度測定点１４ａの温度による水蒸気改質用水３２の流量の制御と同様の制御を行なう。すなわち、ＣＯ除去器温度測定点１４ｂが上限値以下および下限値以上で且つ露点が設定した温度に近づくように水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧を制御して水蒸気改質用水３２の流量を制御する。制御装置１３はＣＯ変成器温度測定点１４ａおよびＣＯ除去器温度測定点１４ｂの両方を用いて水蒸気改質用水３２の流量を制御することができ、あるいはいずれか一方の温度測定点を用いて水蒸気改質用水３２の流量を制御することもできる。   When the flow rate of the steam reforming water 32 is controlled by controlling the voltage of the steam reforming water supply pump 8 for dew point control, the temperature of the CO remover temperature measuring point 14b is 200 ° C. or more at the upper limit, or at the lower limit. When the temperature becomes 100 ° C. or lower, the same control as the control of the flow rate of the steam reforming water 32 according to the temperature of the CO transformer temperature measurement point 14a as described above is performed. That is, the flow rate of the steam reforming water 32 is controlled by controlling the voltage of the steam reforming water supply pump 8 so that the CO remover temperature measurement point 14b is below the upper limit value and above the lower limit value and the dew point approaches the set temperature. To do. The controller 13 can control the flow rate of the steam reforming water 32 using both the CO transformer temperature measurement point 14a and the CO remover temperature measurement point 14b, or can use one of the temperature measurement points to control the steam. The flow rate of the reforming water 32 can also be controlled.

以上より、本発明の実施例２によれば、ＣＯ変成器４の温度を測定するＣＯ変成器温度測定点１４ａおよび／またはＣＯ除去器５の温度を測定するＣＯ除去器温度測定点１４ｂを設け、制御装置１３で測定データを得られるようにすることができる。このため、制御装置１３は、水蒸気改質用水供給ポンプ８の電圧をＣＯ変成器温度測定点１４ａおよび／またはＣＯ除去器温度測定点１４ｂの温度の上下限値で増減させることにより、水蒸気改質反応が正常に行なわれる範囲から外れることなく、水蒸気改質用水３２の流量を制御することができる。すなわち、実施例１の所定の方式に加え、さらに一酸化炭素変成部の温度の上下限値および／または一酸化炭素除去部の温度の上下限値に応じて水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を制御することができる。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, the CO transformer temperature measurement point 14a for measuring the temperature of the CO transformer 4 and / or the CO remover temperature measurement point 14b for measuring the temperature of the CO remover 5 are provided. Measurement data can be obtained by the control device 13. For this reason, the control device 13 increases or decreases the voltage of the steam reforming water supply pump 8 by the upper and lower limits of the temperature at the CO transformer temperature measurement point 14a and / or the CO remover temperature measurement point 14b, thereby steam reforming. The flow rate of the steam reforming water 32 can be controlled without departing from the range in which the reaction is normally performed. That is, in addition to the predetermined system of Example 1, the upper and lower limits of the temperature of the carbon monoxide shifter and / or the upper and lower limits of the temperature of the carbon monoxide removal unit The flow rate can be controlled.

本発明の活用例として、特に固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）による燃料電池発電装置への適用が挙げられる。   As an application example of the present invention, application to a fuel cell power generator using a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is particularly mentioned.

本発明の実施例１における燃料電池発電装置５０の構成の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of a structure of the fuel cell electric power generating apparatus 50 in Example 1 of this invention. 燃料電池出力と原燃料ガス３０の流量とから露点指示値を求めるためのグラフである。4 is a graph for obtaining a dew point instruction value from the fuel cell output and the flow rate of the raw fuel gas 30. 本発明の実施例２における燃料電池発電装置６０の構成の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of a structure of the fuel cell electric power generating apparatus 60 in Example 2 of this invention. 従来の燃料電池発電装置７０の構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of a structure of the conventional fuel cell electric power generating apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１ 脱硫器、 ２ 水蒸気発生器、 ３ 改質器、 ４ 一酸化炭素（ＣＯ）変成器、 ５ 一酸化炭素（Ｃ）除去器、 ６ 燃料電池、 ７ バーナ、 ８ 水蒸気改質用水供給ポンプ、 ９ 燃料ガス加湿器、 １０ 燃料ガス加湿用水ポンプ、 １１ 酸化ガス加湿器、 １２ 酸化ガス加湿用水ポンプ、 １３ 制御装置、 １４ａ ＣＯ変成器温度測定点、 １４ｂ ＣＯ除去器温度測定点、 １５ 温湿度計、 １７ 電力計、 ２０ 流量計、 ２２ 燃料改質装置、 ２４ アノード、 ２６ 高分子電解質膜、 ２８ カソード、 ３０ 原燃料、 ３２ 水蒸気改質水、 ３４ 酸化ガス、 ３５ 電池反応後の空気、 ３６ 燃料ガス、 ３７ 燃料オフガス、 ３８，４０ 加湿用水、 ５０，６０ 燃料電池発電装置、 ７０ 従来の燃料電池発電装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Desulfurizer, 2 Steam generator, 3 Reformer, 4 Carbon monoxide (CO) converter, 5 Carbon monoxide (C) remover, 6 Fuel cell, 7 Burner, 8 Water supply pump for steam reforming, 9 Fuel gas humidifier, 10 Fuel gas humidification water pump, 11 Oxidizing gas humidifier, 12 Oxidizing gas humidification water pump, 13 Control device, 14a CO transformer temperature measurement point, 14b CO remover temperature measurement point, 15 Thermohygrometer, 17 Power meter, 20 Flow meter, 22 Fuel reformer, 24 Anode, 26 Polymer electrolyte membrane, 28 Cathode, 30 Raw fuel, 32 Steam reformed water, 34 Oxidizing gas, 35 Air after battery reaction, 36 Fuel gas 37 Fuel off gas, 38, 40 Humidification water, 50, 60 Fuel cell power generator, 70 Conventional fuel cell power generator.

Claims (2)

水蒸気供給手段により得られる水蒸気と原燃料とが供給されて水素リッチな改質ガスを発生させる改質部と、前記改質部により供給された改質ガス中に含まれる一酸化炭素および水蒸気を水素および二酸化炭素へ変成させる一酸化炭素変成部と、前記一酸化炭素変成部により供給された改質ガスに空気を加えて一酸化炭素選択反応により一酸化炭素を二酸化炭素へ変換し燃料ガスを生成する一酸化炭素除去部とを有する燃料改質装置と、
前記燃料改質装置により改質された水素を有する燃料ガスを用いて発電を行なう燃料電池とを備えた燃料電池発電装置において、
前記燃料改質装置と前記燃料電池との間に前記燃料ガスの露点を計測する温湿度計を設け、該温湿度計の露点が所定の方式に基づき求められた指示値となるように前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を制御するものであり、該指示値は、
前記燃料電池の出力より得られた電流が同じ値である場合は前記改質部に流れる燃料ガス流量の大小に応じて大小となり、且つ前記改質部に流れる燃料ガス流量が同じ値である場合は前記燃料電池の出力より得られた電流の大小に応じて大小となるように設定されることを特徴とする燃料電池発電装置。 A reforming unit that is supplied with steam and raw fuel obtained by the steam supply means to generate a hydrogen-rich reformed gas; and carbon monoxide and steam contained in the reformed gas supplied by the reforming unit. A carbon monoxide conversion section that converts to hydrogen and carbon dioxide, and air is added to the reformed gas supplied by the carbon monoxide conversion section, and carbon monoxide is converted to carbon dioxide by a carbon monoxide selective reaction to produce fuel gas. A fuel reformer having a carbon monoxide removing unit to be generated;
In a fuel cell power generator comprising a fuel cell that generates power using a fuel gas having hydrogen reformed by the fuel reformer,
A thermo-hygrometer for measuring the dew point of the fuel gas is provided between the fuel reformer and the fuel cell, and the water vapor is adjusted so that the dew point of the thermo-hygrometer becomes an indicated value obtained based on a predetermined method. The flow rate of water vapor supplied from the supply means is controlled , and the indicated value is
When the current obtained from the output of the fuel cell has the same value, it becomes larger or smaller depending on the flow rate of the fuel gas flowing through the reforming section, and the flow rate of the fuel gas flowing through the reforming section is the same value Is set to be large or small according to the magnitude of the current obtained from the output of the fuel cell. 請求項１記載の燃料電池発電装置において、前記所定の方式に加え、さらに前記一酸化炭素変成部の温度の上下限値及び／又は前記一酸化炭素除去部の温度の上下限値に応じて前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を制御するものであり、
前記一酸化炭素変成部の温度が、上限値以上となる場合は前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を増やし、下限値以下となる場合は該水蒸気の流量を減らし、
前記一酸化炭素除去部の温度が、上限値以上となる場合は前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の流量を増やし、下限値以下となる場合は該水蒸気の流量を減らすことを特徴とする燃料電池発電装置。 2. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein, in addition to the predetermined method, the upper and lower limits of the temperature of the carbon monoxide shifter and / or the upper and lower limits of the temperature of the carbon monoxide removal unit Control the flow rate of water vapor supplied from the water vapor supply means ,
When the temperature of the carbon monoxide shifter is equal to or higher than the upper limit, the flow rate of water vapor supplied from the steam supply means is increased, and when the temperature is equal to or lower than the lower limit value, the flow rate of the water vapor is decreased.
A fuel characterized by increasing the flow rate of water vapor supplied from the water vapor supply means when the temperature of the carbon monoxide removal unit is equal to or higher than the upper limit value, and decreasing the flow rate of the water vapor when lower than the lower limit value. Battery power generator .
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