JP5473823B2 - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP5473823B2 JP5473823B2 JP2010175705A JP2010175705A JP5473823B2 JP 5473823 B2 JP5473823 B2 JP 5473823B2 JP 2010175705 A JP2010175705 A JP 2010175705A JP 2010175705 A JP2010175705 A JP 2010175705A JP 5473823 B2 JP5473823 B2 JP 5473823B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- hot water
- temperature
- fuel cell
- reforming catalyst
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
従来、下記特許文献1に示されるように、原燃料を改質触媒で改質することにより水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、この改質ガスを用いて電力及び熱を発生させる燃料電池と、燃料電池で発生した熱により昇温された湯を貯える貯湯タンクとを有する燃料電池システムが知られている。 Conventionally, as shown in Patent Document 1 below, a reformer that generates a reformed gas containing hydrogen by reforming raw fuel with a reforming catalyst, and electric power and heat using the reformed gas. There is known a fuel cell system having a fuel cell to be generated and a hot water storage tank for storing hot water heated by heat generated by the fuel cell.
下記特許文献1に記載される燃料電池システムでは、貯湯タンクの水を加熱するためのプロセスガスバーナと、改質触媒の温度を保つための改質器バーナとが燃料電池に対してそれぞれ配管で接続され、各配管に開閉弁が設けられている。そして、燃料電池の運転開始後は、燃料電池の温度が安定するまで、燃料電池で未反応に終わったアノードオフガス(以下、「オフガス」という)をプロセスガスバーナへ導入し、燃料電池の温度が安定した後は、開閉弁の開閉操作によりオフガスの流れを切り替え、オフガスを改質器バーナへ導入している。 In the fuel cell system described in Patent Document 1 below, a process gas burner for heating the water in the hot water storage tank and a reformer burner for maintaining the temperature of the reforming catalyst are connected to the fuel cell by piping. Each pipe is provided with an on-off valve. After starting the fuel cell operation, the anode off-gas (hereinafter referred to as “off-gas”) that has not reacted in the fuel cell is introduced into the process gas burner until the temperature of the fuel cell is stabilized, and the temperature of the fuel cell is stabilized. After that, the flow of the off gas is switched by opening / closing the on / off valve, and the off gas is introduced into the reformer burner.
しかしながら、上記の燃料電池システムでは、オフガスの流れを切り替えることにより燃料電池システムの運転開始を行うことが開示されているものの、燃料電池システムの運転中において、需要電力に応じて燃料電池の発電量を変化させる場合の温度バランス対策については開示されていなかった。そのため、例えば需要電力の減少に応じて燃料電池の発電量を急激に下げる場合、改質器バーナへ導入されるオフガス量が多くなり、改質器における温度バランスが崩れてしまうおそれがあった。このように、需要電力に応じて発電量を変化させる場合において、改質器の温度バランスを保つことが難しく、安定した運転を実現することは難しかった。 However, in the above fuel cell system, although it is disclosed that the operation of the fuel cell system is started by switching the flow of off-gas, the amount of power generated by the fuel cell according to the demand power during the operation of the fuel cell system is disclosed. No measures for temperature balance in the case of changing the temperature were disclosed. For this reason, for example, when the power generation amount of the fuel cell is sharply reduced in accordance with a decrease in demand power, the amount of off-gas introduced into the reformer burner increases, and the temperature balance in the reformer may be lost. As described above, when the amount of power generation is changed in accordance with the demand power, it is difficult to maintain the temperature balance of the reformer, and it is difficult to realize stable operation.
そこで本発明は、例えば発電量が変化する場合においても、改質器の温度バランスが崩れるのを抑制することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can suppress the temperature balance of the reformer from being lost even when, for example, the amount of power generation changes.
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池システムは、改質触媒を収容し、原燃料を改質触媒で改質することにより水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、改質触媒の温度を検出する温度検出手段と、改質ガスを用いて電力及び熱を発生させる燃料電池スタックと、燃料電池スタックの発電量を検出する発電量検出手段と、燃料電池スタックに供給された改質ガスのオフガスを用いて改質触媒を加熱する第1バーナ燃焼器と、オフガスを第1バーナ燃焼器に循環させるオフガス循環ラインと、燃料電池スタックで発生した熱により温められた湯を貯える貯湯ユニットと、貯湯ユニットに貯えられる湯を加熱する第2バーナ燃焼器と、オフガスを第2バーナ燃焼器に導入するオフガス導入ラインと、オフガスを第1バーナ燃焼器と第2バーナ燃焼器とに分配するオフガス分配弁と、温度検出手段により検出される改質触媒の温度が予め定めた所定の温度範囲内になるように、オフガス分配弁の開度を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、発電量検出手段によって検出される発電量の単位時間当たりの変動量が所定値以上である場合に、改質触媒の温度が予め定めた所定の温度範囲内になるように、オフガス分配弁の開度を制御することを特徴とする。 To achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention comprises a reformer that contains a reforming catalyst and generates a reformed gas containing hydrogen by reforming raw fuel with the reforming catalyst. A temperature detecting means for detecting the temperature of the reforming catalyst, a fuel cell stack for generating electric power and heat using the reformed gas, a power generation amount detecting means for detecting the power generation amount of the fuel cell stack, and a fuel cell stack. The first burner combustor that heats the reforming catalyst using the supplied reformed gas off gas, the off gas circulation line that circulates the off gas to the first burner combustor, and the heat generated by the fuel cell stack. A hot water storage unit for storing hot water, a second burner combustor for heating the hot water stored in the hot water storage unit, an offgas introduction line for introducing offgas to the second burner combustor, and a first burner combustor for offgas Control for controlling the opening of the off-gas distribution valve so that the temperature of the reforming catalyst detected by the temperature detection means and the off-gas distribution valve distributed to the second burner combustor falls within a predetermined temperature range. And the control means has a temperature of the reforming catalyst within a predetermined temperature range when a fluctuation amount per unit time of the power generation amount detected by the power generation amount detection means is a predetermined value or more. It is characterized by controlling the opening degree of an off-gas distribution valve .
本発明に係る燃料電池システムによれば、改質触媒の温度が所定の温度範囲内になるように、制御手段によってオフガス分配弁の開度が制御され、第1バーナ燃焼器に導入されるオフガス量が制御される。そして、余剰のオフガスはオフガス導入ラインによって第2バーナ燃焼器へ導入され、貯湯ユニットに貯えられる湯の加熱に消費される。このように、例えば発電量が変化する場合においても、第1バーナ燃焼器に導入されるオフガス量が調整されるので、改質器の温度バランスが崩れるのを抑制することができる。また、発電量が変動しているとき、すなわち改質器への原燃料投入量が変化し、改質触媒の温度が変動しやすいときに、改質触媒の温度が所定の温度範囲内になるように、オフガス分配弁の開度が制御される。よって、改質触媒の温度を常時監視している必要がなく、改質器の温度バランスを容易かつ確実に制御することができる。しかも、発電量の単位時間あたりの変動量が所定値以上である場合に、改質触媒の温度が所定の温度範囲内になるように、オフガス分配弁の開度が制御される。よって、発電量の微少変化、或いは発電量の瞬時的な増減に応じてオフガス分配弁の開度を制御する必要がなく、オフガス分配弁の制御を簡便化できると共に、オフガス分配弁の長寿命化を図ることができる。 According to the fuel cell system of the present invention, the opening of the offgas distribution valve is controlled by the control means so that the temperature of the reforming catalyst is within a predetermined temperature range, and the offgas introduced into the first burner combustor. The amount is controlled. The surplus off gas is introduced into the second burner combustor through the off gas introduction line and consumed for heating the hot water stored in the hot water storage unit. Thus, for example, even when the power generation amount changes, the amount of off-gas introduced into the first burner combustor is adjusted, so that it is possible to suppress the temperature balance of the reformer from being lost. Further, when the amount of power generation is fluctuating, that is, when the amount of raw fuel input to the reformer changes and the temperature of the reforming catalyst is likely to fluctuate, the temperature of the reforming catalyst falls within a predetermined temperature range. As described above, the opening degree of the off-gas distribution valve is controlled. Therefore, it is not necessary to constantly monitor the temperature of the reforming catalyst, and the temperature balance of the reformer can be easily and reliably controlled. Moreover, the opening degree of the off-gas distribution valve is controlled so that the temperature of the reforming catalyst falls within a predetermined temperature range when the fluctuation amount of the power generation amount per unit time is equal to or greater than a predetermined value. Therefore, it is not necessary to control the opening of the offgas distribution valve in response to a slight change in the amount of power generation or an instantaneous increase or decrease in the amount of power generation, simplifying the control of the offgas distribution valve and extending the life of the offgas distribution valve Can be achieved.
また、第2バーナ燃焼器には貯湯ユニットの出湯ラインが通っており、第2バーナ燃焼器は、原燃料及びオフガスの少なくとも一方を燃料として出湯ラインを通る湯を加熱することが好ましい。 Further, it is preferable that a hot water outlet line of the hot water storage unit passes through the second burner combustor, and the second burner combustor heats hot water passing through the hot water outlet line by using at least one of raw fuel and off gas as fuel.
この発明によれば、オフガス導入ラインによって第2バーナ燃焼器へ導入されるオフガスは、出湯ラインを通る湯の加熱にも用いられる。よって、改質器の過剰な温度変化を抑制し温度バランスを好適に保つことにより、所望量の改質ガスを安定的に供給することができ、運転の安定化を図りつつ、余剰のオフガスを有効に利用することができる。 According to this invention, the off gas introduced into the second burner combustor by the off gas introduction line is also used for heating the hot water passing through the tapping line. Therefore, by suppressing the excessive temperature change of the reformer and maintaining a suitable temperature balance, it is possible to stably supply a desired amount of the reformed gas, and to stabilize the operation while removing excess off-gas. It can be used effectively.
本発明によれば、例えば発電量が変化する場合においても、改質器の温度バランスが崩れるのを抑制することができる。 According to the present invention, for example, even when the power generation amount changes, it is possible to suppress the temperature balance of the reformer from being lost.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(参考形態)
図1に示されるように、燃料電池システム1は、例えば家庭用として設置されて家庭に電力及び湯を供給するものであり、燃料電池ユニット2と、貯湯ユニット3と、運転制御装置(制御手段)20とを備えている。
( Reference form)
As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 is installed for home use, for example, and supplies electric power and hot water to a home. A
燃料電池ユニット2は、原燃料を用いて電力を発生させると共に熱を発生させるものである。燃料電池ユニット2は、改質器6と、固体高分子形のセルスタック(燃料電池スタック)7と、パワーコンディショナー(以下、「PCS」という)40とを有している。
The
改質器6は、内部に改質触媒6aを収容している。また、改質器6には、改質触媒6aを改質反応に必要な温度にまで加熱するためのバーナ燃焼器(第1バーナ燃焼器)8が設けられている。改質器6においては、バーナ燃焼器8によって加熱された改質触媒6aで原燃料及び水が水蒸気改質反応を起こし、水素を含有する改質ガスが生成される。バーナ燃焼器8は、燃料電池システム1の起動時には原燃料を燃焼させ、燃料電池システム1の通常運転時には、セルスタック7のアノード側から導出されたオフガスを燃焼させる。更に、改質器6には、改質触媒6aの温度を検出する温度計(温度検出手段)10が設けられている。温度計10は、改質触媒6aの温度を検出し、検出した温度を運転制御装置20へ出力する。温度計10としては、例えば熱電対が用いられるが、これに限定されない。改質器6で用いられる原燃料としては、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、都市ガス等の炭化水素系気体燃料や、灯油等の炭化水素系液体燃料を用いることができる。改質器6には、水を気化するための気化器等が設けられる。
The
セルスタック7は、PEFC(Polymer Electrolyte Fuel Cell)と称されるセルが複数層積層されたものである。各セルは、高分子膜である電解質が燃料極と空気極との間に配置されて構成されている。セルスタック7においては、燃料極側には改質器6によって生成された改質ガスが導入され、空気極側には空気が導入される。このようにセルスタック7は、改質ガスと空気(酸素)を用いて電力及び熱を発生させる。セルスタック7で発生した電力は、PCS40を介して家庭内の電気機器である家庭内負荷EIに供給される。
The cell stack 7 is formed by laminating a plurality of cells called PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell). Each cell is configured by disposing an electrolyte, which is a polymer film, between a fuel electrode and an air electrode. In the cell stack 7, the reformed gas generated by the
貯湯ユニット3は、貯湯槽11と、バックアップボイラ(第2バーナ燃焼器)12とを有している。貯湯槽11は、略円筒形状をなす容器であり、セルスタック7で発生した熱により温められた湯を貯留するためのものである。貯湯槽11は、上部において熱回収ラインL2と接続しており、セルスタック7で熱伝達された湯を熱回収ラインL2を介して流入可能な構成となっている。貯湯槽11は、下部において熱回収ラインL1と接続しており、貯湯槽11の下部に貯えられた湯を流出し、熱回収ラインL1に設けられたポンプ14によりセルスタック7の熱交換部へと送水可能な構成となっている。また、貯湯槽11内には、貯湯槽11に貯えられた湯の温度を検出する温度計(図示せず)が設けられている。
The hot water storage unit 3 includes a hot
また、セルスタック7の燃料極側に導入された改質ガスのうち未反応に終わったオフガスは、オフガス循環ラインL5及びオフガス循環ラインL5に設けられた三方弁17を通ってバーナ燃焼器8へ導入され、改質触媒6aの加熱のために再利用される。この三方弁17は、貯湯ユニット3のバックアップボイラ12に接続されたオフガス導入ラインL6がオフガス循環ラインL5から分岐する分岐点に設けられており、運転制御装置20により制御されて、セルスタック7から排出されたオフガスをオフガス循環ラインL5及びオフガス導入ラインL6に分配する機能を有している。すなわち、オフガス循環ラインL5により、オフガスの一部がバーナ燃焼器8に導入され、オフガス導入ラインL6により、オフガスの一部がバックアップボイラ12に導入される。
Further, the unreacted off gas out of the reformed gas introduced to the fuel electrode side of the cell stack 7 passes through the off gas circulation line L5 and the three-
更に、セルスタック7には、貯湯ユニット3の貯湯槽11に接続された前述の熱回収ラインL1,L2が接続されている。熱回収ラインL1,L2は、セルスタック7の各セル間に配置された水の流路に接続されている。このような構成により、熱回収ラインL1,L2内に流れる水にセルスタック7で生じた熱が伝達され、熱伝達によって温められた湯が貯湯槽11に貯留される。
Furthermore, the above-described heat recovery lines L1 and L2 connected to the hot
また、燃料電池ユニット2には、余剰電力ヒータ9が設けられている。余剰電力ヒータ9は、熱回収ラインL2に設けられ、セルスタック7で発電された電力のうち家庭で用いられない余剰分が生じた場合に、その余剰分を用いて熱回収ラインL2内の湯を加熱するためのものである。
The
PCS40は、セルスタック7に接続されて、セルスタック7で発生した電力を家庭内負荷EIへ供給し、また、PCS40は、家庭内負荷EIの需要電力を検出する。このPCS40内には、セルスタック7における発電量を検出する発電量検出器(発電量検出手段)30が設けられている。PCS40によって検出される家庭内負荷EIの需要電力と、発電量検出器30によって検出されるセルスタック7の発電量とは、運転制御装置20に伝達され、運転制御装置20は、セルスタック7の発電電力が系統電源CEへ逆流しないように、燃料電池システム1を制御する。一方、家庭内負荷EIには系統電源CEが接続されており、燃料電池ユニット2の発生電力が家庭内負荷EIの需要電力に満たない場合は、系統電源CEから家庭内負荷EIへ補助電力が供給される。
The
貯湯ユニット3の三方弁15は、セルスタック7で熱伝達された湯を貯湯槽11に流入させたり、貯湯槽11に流入させずに湯を繰り返しセルスタック7の熱交換部へと導入させたりすることができる。
The three-
更に、貯湯槽11は、下部側で給水ラインL3と接続され、貯湯槽11の下部側へ上水が給水ラインL3を介して供給される。また、貯湯槽11は、上部側で出湯ラインL4と接続され、貯湯槽11の上部側から出湯ラインL4を介して湯を出湯することができる。給水ラインL3及び出湯ラインL4には、流量計(図示せず)がそれぞれ設けられる。
Furthermore, the
バックアップボイラ12は、出湯ラインL4に設けられ、灯油等の原燃料又はオフガス導入ラインL6を通って導入されるオフガスを燃料として出湯ラインL4を通る湯を加熱する。バックアップボイラ12は、原燃料又はオフガスを燃焼させるバーナ13を有しており、このバーナ13によって、出湯ラインL4を通って出湯される湯の温度が所望の温度に達しない場合に、その湯を加熱する。バーナ13で燃焼される燃料としては、オフガス導入ラインL6を通ってオフガスが導入される場合はオフガスが用いられ、オフガスが導入されない場合には原燃料が用いられる。また、オフガス中に含まれる水素量が不足する場合に、オフガスと原燃料とが同時に燃焼されてもよい。バーナ13は、灯油用のバーナとオフガス用のバーナから構成されてもよく、灯油及びオフガスを混焼可能なバーナであってもよい。
The
更に、このバックアップボイラ12は、熱回収ラインL2内の湯を加熱する機能も有している。すなわち、バックアップボイラ12には、出湯ラインL4と熱回収ラインL2とが通っている。このような構成により、出湯ラインL4により出湯される湯を加熱する必要がない場合であっても、オフガス導入ラインL6を通ってオフガスが導入されると、バーナ13によって熱回収ラインL2内の湯が加熱される。
Further, the
運転制御装置20は、燃料電池システム1のシステム全体を制御するものである。運転制御装置20は、改質器6及びセルスタック7の運転制御を行う。より詳しくは、運転制御装置20は、セルスタック7における発電量を制御する。また、運転制御装置20は、改質触媒6aの適正な温度範囲(所定の温度範囲)を予め記憶している。更に、運転制御装置20は、改質器6の温度計10から出力される改質触媒6aの温度を取得し、取得した改質触媒6aの温度に基づいて所定の処理を実行することにより、三方弁17の開度を制御する。運転制御装置20は、三方弁17の開度を制御することにより、オフガス循環ラインL5及びオフガス導入ラインL6内に流れるオフガスの流量を制御(調整)する。
The
運転制御装置20は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、及び入出力インターフェイスなどを備えて構成されている。なお、燃料電池ユニット2や貯湯ユニット3にCPU、ROM、RAM等が備わる場合は、そのハードウェア資源を利用して動作するものであっても良い。
The
続いて、燃料電池システム1における動作について説明する。図2は、燃料電池システム1における制御手順を示すフローチャートである。図2に示される各処理は、燃料電池システム1の通常運転中、運転制御装置20によって繰り返し実行される。
Next, the operation in the fuel cell system 1 will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure in the fuel cell system 1. Each process shown in FIG. 2 is repeatedly executed by the
まず、家庭内負荷EIの需要電力の変化が検知される(S1)。次に、PCS40によって検出される家庭内負荷EIの需要電力が増加しているか否かが判断される(S2)。需要電力が増加している場合、改質器6に供給する原燃料量が増加させられる(S3)。この場合、改質器6における吸熱反応が促進され、改質触媒6aの温度は低下傾向になりやすくなる。
First, a change in demand power of the household load EI is detected (S1). Next, it is determined whether or not the demand power of the household load EI detected by the
一方、需要電力が増加していない場合、PCS40によって検出される家庭内負荷EIの需要電力が減少しているか否かが判断される(S4)。需要電力が減少している場合、改質器6に供給する原燃料量が減少させられる(S5)。この場合、改質器6における吸熱反応が抑制され、改質触媒6aの温度は上昇傾向になりやすくなる。
On the other hand, if the demand power has not increased, it is determined whether the demand power of the household load EI detected by the
他方、PCS40によって検出される家庭内負荷EIの需要電力が減少していない場合、すなわち変化していない場合、改質器6への原燃料の供給量が維持される(S6)。
On the other hand, when the demand power of the household load EI detected by the
次に、温度計10から出力される改質触媒6aの温度Tが取得され(S7)、取得された改質触媒6aの温度Tが運転制御装置20に予め記憶された適正な温度範囲(Tmin≦T≦Tmax)の上限値Tmaxよりも高いか否かが判定される(S8)。
Next, the temperature T of the reforming
改質触媒6aの温度Tが運転制御装置20に予め記憶された適正な温度範囲の上限値Tmax以下である場合、改質触媒6aの温度Tが運転制御装置20に予め記憶された適正な温度範囲(Tmin≦T≦Tmax)の下限値Tminよりも低いか否かが判定される(S9)。
When the temperature T of the reforming
改質触媒6aの温度Tが運転制御装置20に予め記憶された適正な温度範囲の下限値Tmin以上である場合、すなわち、改質触媒6aの温度Tが適正な温度範囲内(Tmin≦T≦Tmax)にある場合、三方弁17の開度が維持される(S10)。そして、図2に示される処理は終了する。
When the temperature T of the reforming
一方、改質触媒6aの温度Tが適正な温度範囲(Tmin≦T≦Tmax)の下限値Tminよりも低い場合、三方弁17の開度が調整され、バーナ燃焼器8へのオフガス分配量が増加させられる(S11)。例えば、運転制御装置20によってセルスタック7における発電指示量が急激に上げられた場合、改質器6に投入される原燃料量が増加するため(S3)、改質器6における温度が低下傾向になり、このような事象が生じ得る。ここでは、運転制御装置20によって三方弁17の開度が制御され、オフガス循環ラインL5を通るオフガスの導入量が増加させられる(S11)。このような制御により、バックアップボイラ12における湯の加熱量が減少すると共に、オフガス循環ラインL5内に流れるオフガスの流量が増加させられ、改質触媒6aの温度低下が抑制される。そして、図2に示される処理は終了する。
On the other hand, when the temperature T of the reforming
他方、改質触媒6aの温度Tが適正な温度範囲(Tmin≦T≦Tmax)の上限値Tmaxよりも高い場合、三方弁17の開度が調整され、バックアップボイラ12へのオフガス分配量が増加させられる(S12)。例えば、運転制御装置20によってセルスタック7における発電指示量が急激に下げられた場合、改質器6に投入される原燃料量が減少するため(S4)、改質器6の温度が上昇傾向になり、このような事象が生じ得る。ここでは、運転制御装置20によって三方弁17の開度が制御され、オフガス導入ラインL6を通るオフガスの導入量が増加させられる(S12)。このような制御により、バックアップボイラ12における湯の加熱量が増大すると共に、オフガス循環ラインL5内に流れるオフガスの流量が減少させられ、改質触媒6aの温度上昇が抑制される。そして、図2に示される処理は終了する。
On the other hand, when the temperature T of the reforming
以上の一連の処理により、燃料電池システム1におけるオフガスの流量制御が実行され、改質触媒6aの温度が適正な温度範囲内になる。
Through the above series of processes, the off-gas flow rate control in the fuel cell system 1 is executed, and the temperature of the reforming
本参考形態の燃料電池システム1によれば、セルスタック7の発電量の変化に伴って、セルスタック7から導出されるオフガス量が変化しても、改質触媒6aの温度が所定の温度範囲内になるように、運転制御装置20によって三方弁17の開度が制御され、バーナ燃焼器8に導入されるオフガス量が制御される。そして、余剰分のオフガスがオフガス導入ラインL6によってバックアップボイラ12へ導入され、熱回収ラインL2を通る湯の加熱に消費される。このように、例えば需用電力の変化に追従するように発電量が変化する場合においても、バーナ燃焼器8に導入されるオフガス量が調整されるので、改質器8の温度バランスが崩れること(改質器6の過剰な温度変化等)を抑制することができ、安定した運転を実現することが可能となる。
According to the fuel cell system 1 of this reference embodiment, with the power generation amount of change in the cell stack 7, even if the off-gas the amount derived from the cell stack 7 is changed, the temperature range the temperature is in a predetermined reforming
なお、発電量が変化する場合に限られず、発電量が略一定に維持される場合においても、他の要因により改質触媒6aの温度が変化するおそれもある。しかしながら、燃料電池システム1によれば、改質触媒6aの温度変化の要因に関わらず、改質器6の温度バランスが崩れるのを抑制することができ、安定した運転を実現することが可能となる。
It should be noted that the temperature of the reforming
また、オフガス導入ラインL6によってバックアップボイラ12へ導入されるオフガスは、出湯ラインL4を通る湯の加熱にも用いられるため、改質器6の過剰な温度変化を抑制し温度バランスを好適に保つことにより、所望量の改質ガスを安定的に供給することができ、運転の安定化を図りつつ、余剰のオフガスを有効に利用することができる。そして、余剰のオフガスの有効利用により、省エネルギー化が図られる。
Moreover, since the off gas introduced into the
(一実施形態)
続いて、本発明の一実施形態について説明する。一実施形態の燃料電池システムも、図1に示した参考形態の燃料電池システム1と同様の構成を有している。一実施形態では、運転制御装置20によって実行される処理が参考形態とは異なっている。図3は、燃料電池システムにおける制御手順を示すフローチャートである。図3に示される各処理は、燃料電池システムの通常運転中、運転制御装置20によって繰り返し実行される。以下の説明において、参考形態と同一の処理には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
( One embodiment)
Subsequently, an embodiment of the present invention will be described. The fuel cell system of one embodiment also has the same configuration as that of the fuel cell system 1 of the reference embodiment shown in FIG. In one embodiment, the processing executed by the
参考形態と同一のステップS1〜S6の処理の後、発電量検出器30によってセルスタック7の発電量の単位時間あたりの変動量ΔWが取得され(S13)、その変動量ΔWが予め定めた変動量Wref以上であるか否かが判断される(S14)。
After the same processing of steps S1 to S6 as in the reference mode, the power
セルスタック7の発電量の単位時間あたりの変動量ΔWが予め定めた変動量Wref未満である場合には、改質触媒6aの温度も僅かであると判断され、三方弁17の開度が維持される(S10)。そして、図3に示される処理は終了する。
When the fluctuation amount ΔW per unit time of the power generation amount of the cell stack 7 is less than the predetermined fluctuation amount Wref, it is determined that the temperature of the reforming
一方、セルスタック7の発電量の単位時間あたりの変動量ΔWが予め定めた変動量Wref以上である場合、改質器6への原燃料投入量の増減により改質触媒6aの温度は変動している可能性が高いと判断され、温度計10から出力される改質触媒6aの温度Tが取得され(S7)、参考形態と同一のステップS8以降の処理(改質触媒6aの温度に応じた処理)に移行する。
On the other hand, when the fluctuation amount ΔW per unit time of the power generation amount of the cell stack 7 is equal to or larger than the predetermined fluctuation amount Wref, the temperature of the reforming
本実施形態の処理によっても、参考形態と同様、燃料電池システム1におけるオフガスの流量制御が実行され、改質触媒6aの温度が適正な温度範囲内に維持される。
Also in the process of the present embodiment, similarly to the reference embodiment, the off-gas flow rate control in the fuel cell system 1 is executed, and the temperature of the reforming
本実施形態の燃料電池システムによれば、セルスタック7の発電量が変動しているときの改質触媒6aの温度変化に応じて、余剰分のオフガスがオフガス導入ラインL6によってバックアップボイラ12へ導入され、熱回収ラインL2を通る湯の加熱に消費される。よって、三方弁17の開度を制御するために、常時、改質器6の温度を監視する必要がなく、改質器6の温度バランスを容易かつ確実に制御することができる。
According to the fuel cell system of the present embodiment, surplus off gas is introduced into the
また、発電量の変動の有無を、予め定めた単位時間あたりの変動量以上であるか否かにより判断することにより、発電量の微少変化、或いは発電量の瞬時的な増減に応じて三方弁17の開度を制御する必要がなくなり、三方弁17の制御を簡便化し、更には三方弁17の長寿命化を図ることができる。
In addition, by determining whether or not there is a fluctuation in the power generation amount based on whether or not it is greater than or equal to a predetermined fluctuation amount per unit time, a three-way valve can be used according to a slight change in the power generation amount or an instantaneous increase or decrease in the power generation amount. Therefore, the control of the three-
また、改質触媒6aの温度が所定の温度範囲内にないと判断される場合に、改質触媒6aの温度が適正な温度範囲内になるように、バックアップボイラ12に導入されるオフガスの導入量が制御されるため、セルスタック7における発電量が急激に減少させられる場合であっても、改質器6の温度バランスを容易かつ確実に制御することができる。
In addition, when it is determined that the temperature of the reforming
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、三方弁17を制御することによりオフガスの流量を制御する場合について説明したが、オフガス分配弁は、流量調整が可能な弁であればよい。また、オフガス循環ラインL5に絞りを設けると共に、オフガス導入ラインL6に電磁弁を設け、電磁弁の開閉制御によりオフガス循環ラインL5の流量を制御してもよい。さらには、オフガス循環ラインL5やオフガス導入ラインL6にオフガスの流量計を設け、流量計の指示値を参照してより精密な流量制御を行う構成としてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. In the above embodiment, the case where the flow rate of the off gas is controlled by controlling the three-
また、オフガス導入ラインL6が接続されるバックアップボイラ12は、出湯ラインL4及び熱回収ラインL2のいずれか一方に設けられてもよい。
Further, the
また、上記実施形態では、余剰電力ヒータ9が設けられる場合について説明したが、本発明によれば需要電力が急減した場合には、速やかに発電電力を低減させ、その時発生する余剰オフガスをバックアップボイラ12へ導入することにより、余剰電力ヒータ9を省略することもできる。
Moreover, although the case where the
また、例えば、改質器6は、水蒸気改質反応を利用するものに限定されず、他の改質反応を利用するものであってもよい。また、セルスタック7は、固体高分子形に限定されず、アルカリ電解質形、リン酸形、溶融炭酸塩形或いは固体酸化物形等であってもよい。また、発電量検出器30は、PCS40に設けられる場合に限られず、燃料電池スタックの後段に設けられてもよい。
Further, for example, the
1…燃料電池システム、3…貯湯ユニット、6…改質器、6a…改質触媒、7…セルスタック(燃料電池スタック)、8…バーナ燃焼器(第1バーナ燃焼器)、10…温度計(温度検出手段)、12…バックアップボイラ(第2バーナ燃焼器)、17…三方弁(オフガス分配弁)、20…運転制御装置(制御手段)、30…発電量検出器(発電量検出手段)、L4…出湯ライン、L5…オフガス循環ライン、L6…オフガス導入ライン。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 3 ... Hot water storage unit, 6 ... Reformer, 6a ... Reforming catalyst, 7 ... Cell stack (fuel cell stack), 8 ... Burner combustor (first burner combustor), 10 ... Thermometer (Temperature detection means), 12 ... backup boiler (second burner combustor), 17 ... three-way valve (off-gas distribution valve), 20 ... operation control device (control means), 30 ... power generation amount detector (power generation amount detection means) , L4 ... tapping line, L5 ... off-gas circulation line, L6 ... off-gas introduction line.
Claims (2)
前記改質触媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記改質ガスを用いて電力及び熱を発生させる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの発電量を検出する発電量検出手段と、
前記燃料電池スタックに供給された前記改質ガスのオフガスを用いて前記改質触媒を加熱する第1バーナ燃焼器と、
前記オフガスを前記第1バーナ燃焼器に循環させるオフガス循環ラインと、
前記燃料電池スタックで発生した熱により温められた湯を貯える貯湯ユニットと、
前記貯湯ユニットに貯えられる前記湯を加熱する第2バーナ燃焼器と、
前記オフガスを前記第2バーナ燃焼器に導入するオフガス導入ラインと、
前記オフガスを前記第1バーナ燃焼器と前記第2バーナ燃焼器とに分配するオフガス分配弁と、
前記温度検出手段により検出される前記改質触媒の温度が予め定めた所定の温度範囲内になるように、前記オフガス分配弁の開度を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記発電量検出手段によって検出される前記発電量の単位時間当たりの変動量が所定値以上である場合に、前記改質触媒の温度が予め定めた所定の温度範囲内になるように、前記オフガス分配弁の開度を制御することを特徴とする燃料電池システム。 A reformer containing a reforming catalyst and generating a reformed gas containing hydrogen by reforming raw fuel with the reforming catalyst;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the reforming catalyst;
A fuel cell stack for generating electric power and heat using the reformed gas;
A power generation amount detecting means for detecting a power generation amount of the fuel cell stack;
A first burner combustor for heating the reforming catalyst using an off-gas of the reformed gas supplied to the fuel cell stack;
An off-gas circulation line for circulating the off-gas to the first burner combustor;
A hot water storage unit for storing hot water heated by heat generated in the fuel cell stack;
A second burner combustor for heating the hot water stored in the hot water storage unit;
An off-gas introduction line for introducing the off-gas into the second burner combustor;
An off-gas distribution valve for distributing the off-gas to the first burner combustor and the second burner combustor;
Control means for controlling the opening of the off-gas distribution valve so that the temperature of the reforming catalyst detected by the temperature detection means falls within a predetermined temperature range ,
The control means has a temperature of the reforming catalyst within a predetermined temperature range when a fluctuation amount per unit time of the power generation amount detected by the power generation amount detection means is a predetermined value or more. Thus, the opening degree of the off-gas distribution valve is controlled .
前記第2バーナ燃焼器は、前記原燃料及び前記オフガスの少なくとも一方を燃料として前記出湯ラインを通る湯を加熱することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 The hot water storage line of the hot water storage unit passes through the second burner combustor,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the second burner combustor heats hot water passing through the hot water line using at least one of the raw fuel and the off gas as fuel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010175705A JP5473823B2 (en) | 2010-08-04 | 2010-08-04 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010175705A JP5473823B2 (en) | 2010-08-04 | 2010-08-04 | Fuel cell system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012038474A JP2012038474A (en) | 2012-02-23 |
JP5473823B2 true JP5473823B2 (en) | 2014-04-16 |
Family
ID=45850294
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010175705A Expired - Fee Related JP5473823B2 (en) | 2010-08-04 | 2010-08-04 | Fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5473823B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6707368B2 (en) * | 2016-03-02 | 2020-06-10 | 東京瓦斯株式会社 | By-product hydrogen utilization system |
JP7335798B2 (en) * | 2019-12-09 | 2023-08-30 | 東京瓦斯株式会社 | FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL SYSTEM OPERATING METHOD |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07282828A (en) * | 1994-04-06 | 1995-10-27 | Fuji Electric Co Ltd | Fuel cell power generating system |
JP3918255B2 (en) * | 1997-10-29 | 2007-05-23 | 富士電機ホールディングス株式会社 | Fuel cell reformer |
JP2002042840A (en) * | 2000-07-24 | 2002-02-08 | Toyota Motor Corp | Fuel cell type cogeneration system |
JP2005294207A (en) * | 2004-04-05 | 2005-10-20 | Babcock Hitachi Kk | Fuel cell system |
JP2008300251A (en) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell cogeneration device |
-
2010
- 2010-08-04 JP JP2010175705A patent/JP5473823B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012038474A (en) | 2012-02-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9252436B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5373681B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5763405B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5955040B2 (en) | Fuel cell system | |
WO2008016257A1 (en) | Fuel cell system and operating method | |
US8642221B2 (en) | Solid oxide fuel cell device | |
JP2013527555A (en) | How to operate a cogeneration facility | |
JP5391976B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP2017050049A (en) | Fuel battery system | |
JP5631243B2 (en) | Cogeneration system and control method of cogeneration system | |
JP5473823B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2002042840A (en) | Fuel cell type cogeneration system | |
JP5834527B2 (en) | Fuel cell system | |
JP6887090B2 (en) | Hydrogen production system and fuel cell system | |
EP2800185B1 (en) | Fuel cell system and method for operating same | |
JP2004006270A (en) | Fuel cell system | |
JP5378252B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR SETTING GENERATED POWER TARGET VALUE | |
JP2007026998A (en) | Fuel cell temperature control method for fused carbonate type fuel cell power generator, and device for the same | |
JP5266782B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM | |
JP5427013B2 (en) | Cogeneration system | |
JP6124598B2 (en) | Cogeneration system and method of operating cogeneration system | |
JP5299970B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2011076942A (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP5277014B2 (en) | Desulfurization apparatus and fuel cell system | |
JP2023081178A (en) | Fuel cell system and control method for fuel cell system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120927 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20130530 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131030 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131105 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131227 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140128 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140204 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |