JP5588709B2 - Solid oxide fuel cell system and cogeneration system equipped with the same - Google Patents

Solid oxide fuel cell system and cogeneration system equipped with the same Download PDF

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Description

本発明は、燃料ガスを改質した改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う固体酸化物形燃料電池システム及びこれを備えたコージェネレーションシステムに関する。   The present invention relates to a reformed fuel gas obtained by reforming a fuel gas and a solid oxide fuel cell system that generates power by oxidizing and reducing an oxidant and a cogeneration system including the same.

従来より、酸素イオンを伝導する膜として固体電解質を用いた燃料電池セルスタックを燃料電池ハウジング内に収容した固体酸化物形燃料電池システムが知られている。この固体酸化物形燃料電池システムでは、一般的に、固体電解質としてイットリアをドープしたジルコニアが用いられており、この固体電解質の片側に燃料ガスを酸化するための燃料極が設けられ、その他側に空気中の酸素(酸化材)を還元するための酸素極が設けられている。燃料電池セルスタックでは、700〜1000℃の高温で、燃料ガスを改質した改質燃料ガス中の水素、一酸化炭素、炭化水素と酸化材としての酸素とを電気化学反応させることにより発電が行われる。近年、このような固体酸化物形燃料電池システムは有望な発電技術として注目されており、例えばコージェネレーションシステムなどにも利用されている。   Conventionally, a solid oxide fuel cell system in which a fuel cell stack using a solid electrolyte as a membrane for conducting oxygen ions is housed in a fuel cell housing is known. In this solid oxide fuel cell system, zirconia doped with yttria is generally used as a solid electrolyte, and a fuel electrode for oxidizing fuel gas is provided on one side of the solid electrolyte, and on the other side. An oxygen electrode for reducing oxygen (oxidant) in the air is provided. In the fuel cell stack, electric power is generated by electrochemical reaction of hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons and oxygen as an oxidant in the reformed fuel gas obtained by reforming the fuel gas at a high temperature of 700 to 1000 ° C. Done. In recent years, such a solid oxide fuel cell system has attracted attention as a promising power generation technology, and is also used in, for example, a cogeneration system.

この固体酸化物形燃料電池システムでは、燃料電池セルスタックでの作動温度を高く保つ必要があるために、この燃料電池セルスタックでの発電(電気化学反応)に使用されなかった余剰の燃料ガス(改質燃料ガス)が燃焼室で燃焼される。また、この燃焼室の付近には気化器及び改質器が配設されており、燃焼室における余剰の燃料ガスの燃焼熱を利用して、気化器にて水(改質用水)が気化されるとともに、改質器にて水蒸気を用いた改質反応が行われる(例えば、特許文献1参照)。また、この固体酸化物形燃料電池システムの起動時には、燃料電池セルスタックが発電可能な温度に上昇するまで、燃料ガスの燃焼反応やオートサーマルリフォーミング反応を用いて加熱される(例えば、特許文献2参照)。   In this solid oxide fuel cell system, since it is necessary to keep the operating temperature in the fuel cell stack high, surplus fuel gas that was not used for power generation (electrochemical reaction) in this fuel cell stack ( Reformed fuel gas) is combusted in the combustion chamber. In addition, a vaporizer and a reformer are disposed in the vicinity of the combustion chamber, and water (reforming water) is vaporized in the vaporizer using the combustion heat of excess fuel gas in the combustion chamber. At the same time, a reforming reaction using steam is performed in the reformer (see, for example, Patent Document 1). Further, at the time of starting the solid oxide fuel cell system, the fuel cell stack is heated by using a combustion reaction of fuel gas or an autothermal reforming reaction until the temperature rises to a temperature at which power generation is possible (for example, Patent Documents). 2).

このような固体酸化物形燃料電池システムの定常発電運転中においては、燃料電池セルスタックでの発電に使用されなかった余剰の燃料ガスは燃焼室で燃焼され、その燃焼熱が気化器における気化熱及び改質器における改質熱に利用される。燃焼室からの燃焼排ガスは燃料電池ハウジング外に排出され、この排出の際に、燃焼排ガスと酸化材としての空気との間で熱交換が行われる。この熱交換により加熱された空気は、燃料電池セルスタックの空気極側に送給される。   During the steady power generation operation of such a solid oxide fuel cell system, surplus fuel gas that has not been used for power generation in the fuel cell stack is burned in the combustion chamber, and the combustion heat is converted into heat of vaporization in the vaporizer. And used for reforming heat in the reformer. The combustion exhaust gas from the combustion chamber is discharged out of the fuel cell housing, and at the time of this discharge, heat exchange is performed between the combustion exhaust gas and air as an oxidizing material. The air heated by this heat exchange is fed to the air electrode side of the fuel cell stack.

この固体酸化物形燃料電池システムでは、燃料利用率(即ち、燃料ガスの価電子の消費速度に対してどれだけの発電電流を取り出すかの割合)が高いほど燃料電池セルスタックの発電効率が高くなる。一般に、この燃料利用率が高いと、発電に使用されない余剰の燃料ガスの量が少なくなるので、燃焼室での燃焼で得られる燃焼熱が少なくなる。それ故に、この燃料利用率が高くなり過ぎると、燃料電池ハウジング内の温度を一定に保つための熱量が不足し、燃料電池セルスタックの作動温度の低下を招き、その発電性能が低下するという問題が生じる。このようなことから、この燃料利用率は、定格発電能力などにもよるが、ある値以上に大きくすることが難しい。   In this solid oxide fuel cell system, the power generation efficiency of the fuel cell stack increases as the fuel utilization rate (that is, the ratio of how much generated current is extracted with respect to the consumption rate of the valence electrons of the fuel gas) increases. Become. In general, when this fuel utilization rate is high, the amount of surplus fuel gas that is not used for power generation is reduced, so that the combustion heat obtained by combustion in the combustion chamber is reduced. Therefore, if this fuel utilization rate becomes too high, the amount of heat for keeping the temperature inside the fuel cell housing constant will be insufficient, leading to a decrease in the operating temperature of the fuel cell stack, and the power generation performance will be reduced. Occurs. For this reason, it is difficult to increase the fuel utilization rate beyond a certain value, although it depends on the rated power generation capacity.

特開2006−19084号公報JP 2006-19084 A 特開2008−243597号公報JP 2008-243597 A

上述した従来の固体酸化物形燃料電池システムでは、次のような問題がある。上述のように、気化器及び改質器ではそれぞれ吸熱反応である気化反応及び改質反応が行われるので、燃料電池セルスタックの熱自立運転を行うためには、発電に使用されない余剰の燃料ガスを燃焼室で燃焼させ、この燃焼熱を利用して気化器及び改質器を加熱する必要がある。しかしながら、定常発電運転中における余剰の燃料ガスの量を多くすることは、燃料利用率の低下、即ち、燃料電池セルスタックにおける発電効率の低下を招くことになる。   The above-described conventional solid oxide fuel cell system has the following problems. As described above, since the vaporization reaction and the reforming reaction, which are endothermic reactions, are performed in the vaporizer and the reformer, respectively, the surplus fuel gas that is not used for power generation is necessary for the thermal self-sustaining operation of the fuel cell stack. It is necessary to heat the vaporizer and the reformer using this combustion heat. However, increasing the amount of surplus fuel gas during steady power generation operation leads to a decrease in fuel utilization rate, that is, a decrease in power generation efficiency in the fuel cell stack.

この余剰の燃料ガスの量を少なくして発電効率を高めるためには、吸熱反応である気化反応を行う気化器を燃料電池ハウジング外に配設し、燃焼室から燃料電池ハウジング外に排出される燃焼排ガスの熱を利用して気化する方法が考えられる。しかしながら、部分負荷時の低負荷運転状態においては、定格負荷時の高負荷運転状態よりも燃料ガスの供給量が減少するため、燃焼排ガスの流量が減少することによりその保有熱量が減少し、気化器における熱交換温度が低下する。この状態で、低負荷運転状態から高負荷運転状態となって気化器に多量の水(改質用水)が送給されると、気化器へ送給する燃焼排ガスの量を増大させるのが間に合わず、瞬間的に気化不良が生じるおそれがある。このように気化不良が生じると、改質器への水蒸気の供給量が燃料ガスに含まれる炭素水素中の炭素の供給量よりも低くなり、これが原因となって燃料電池セルスタックが破損するおそれがある。   In order to reduce the surplus amount of fuel gas and increase the power generation efficiency, a vaporizer that performs a vaporization reaction that is an endothermic reaction is disposed outside the fuel cell housing and is discharged from the combustion chamber to the outside of the fuel cell housing. A method of vaporizing using the heat of combustion exhaust gas is conceivable. However, in the low-load operation state at the partial load, the fuel gas supply amount is reduced compared to the high-load operation state at the rated load. The heat exchange temperature in the vessel decreases. In this state, if a large amount of water (reforming water) is supplied from the low load operation state to the high load operation state, the amount of combustion exhaust gas to be supplied to the vaporizer can be increased in time. However, there is a risk that vaporization failure occurs instantaneously. If vaporization failure occurs in this way, the supply amount of water vapor to the reformer becomes lower than the supply amount of carbon in the carbon hydrogen contained in the fuel gas, which may cause damage to the fuel cell stack. There is.

本発明の目的は、燃焼排ガス中に含まれる可燃成分を燃焼させることにより、第2気化器における気化不良の発生を抑制することができる固体酸化物形燃料電池システム及びこれを備えたコージェネレーションシステムを提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to burn a combustible component contained in combustion exhaust gas so as to suppress the occurrence of poor vaporization in the second vaporizer, and a cogeneration system including the solid oxide fuel cell system. Is to provide.

本発明の請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、炭化水素系燃料ガスと水蒸気とで改質反応させるための改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元により発電を行うための複数個の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックにおいて発電に寄与しない余剰の燃料ガスを燃焼させるための燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するために断熱材で覆われた燃料電池ハウジングと、前記燃焼室からの燃焼排ガスを前記燃料電池ハウジング外に排出するための燃焼排ガス排出ラインと、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
水を気化させて前記改質器へ送給する水蒸気を生成するための第1気化器及び第2気化器が設けられ、前記第1気化器は、前記燃焼室における余剰の燃料ガスの燃焼により加熱されるように前記燃料電池ハウジング内に収容され、前記第2気化器は、前記燃焼排ガス排出ラインを通して流れる燃焼排ガスにより加熱されるように前記燃料電池ハウジング外に配設されており、
前記燃料電池ハウジング外に位置する前記第2気化器又はその上流側における前記燃焼排ガス排出ラインには、燃焼排ガス中に含まれる可燃成分を燃焼させるための燃焼触媒が配設されており、
更に、前記第2気化器に関連して、前記第2気化器にて生成された水蒸気の温度を検知するための燃料利用率制御用温度検知手段及び前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を制御するための制御手段が設けられ、前記燃料利用率制御用温度検知手段の検知温度が燃料利用率制御用設定温度よりも低下すると、前記制御手段は、前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を低下させることを特徴とする。
In the solid oxide fuel cell system according to claim 1 of the present invention, a reformer for reforming reaction with hydrocarbon fuel gas and steam, and reforming reformed by the reformer Fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells for generating power by oxidizing and reducing fuel gas and oxidizing material, and combustion for burning surplus fuel gas that does not contribute to power generation in the fuel cell stack A chamber, a fuel cell housing covered with a heat insulating material to accommodate the reformer, the fuel cell stack, and the combustion chamber; and exhausting combustion exhaust gas from the combustion chamber to the outside of the fuel cell housing A solid oxide fuel cell system comprising:
A first vaporizer and a second vaporizer are provided for vaporizing water to be supplied to the reformer, and the first vaporizer is formed by combustion of excess fuel gas in the combustion chamber. The second carburetor is disposed outside the fuel cell housing so as to be heated by the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas discharge line .
A combustion catalyst for combusting combustible components contained in the combustion exhaust gas is disposed in the second carburetor located outside the fuel cell housing or the combustion exhaust gas exhaust line on the upstream side thereof ,
Further, in relation to the second vaporizer, a fuel utilization rate control temperature detecting means for detecting the temperature of water vapor generated in the second vaporizer, and a fuel utilization rate in the fuel cell stack. Control means for controlling is provided, and when the temperature detected by the fuel utilization rate control temperature detection means is lower than the set temperature for fuel utilization rate control, the control means is configured to use the fuel utilization rate in the fuel cell stack. It is characterized by lowering .

また、本発明の請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記第2気化器により生成された水蒸気の温度を検知するための加熱制御用温度検知手段と、前記第2気化器により生成された水蒸気を補助的に加熱するための補助加熱手段と、を備え、前記加熱制御用温度検知手段の検知温度が加熱制御用設定温度よりも低下すると、前記補助加熱手段が作動され、前記第2気化器により生成された水蒸気が前記補助加熱手段によって加熱されることを特徴とする。   Further, in the solid oxide fuel cell system according to claim 2 of the present invention, the temperature control means for heating control for detecting the temperature of the water vapor generated by the second vaporizer, and the second vaporizer Auxiliary heating means for auxiliary heating of the water vapor generated by the above, when the detection temperature of the heating control temperature detection means is lower than the set temperature for heating control, the auxiliary heating means is activated, The water vapor generated by the second vaporizer is heated by the auxiliary heating means.

また、本発明の請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記補助加熱手段は、前記第2気化器に配設され、前記第2気化器により生成された水蒸気及び前記第2気化器に配設された前記燃焼触媒を加熱することを特徴とする。   Moreover, in the solid oxide fuel cell system according to claim 3 of the present invention, the auxiliary heating means is disposed in the second vaporizer, and the water vapor generated by the second vaporizer and the second vaporizer. The combustion catalyst disposed in the vaporizer is heated.

また、本発明の請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記第2気化器により生成された水蒸気を前記改質器に送給するための水蒸気送給ラインを備え、前記補助加熱手段は、前記燃料電池ハウジング外に位置する前記第2気化器の上流側における前記燃焼排ガス排出ラインの所定部位に配設され、前記水蒸気送給ラインを流れる水蒸気及び前記燃焼排ガス排出ラインの前記所定部位に配設された前記燃焼触媒を加熱することを特徴とする。   In the solid oxide fuel cell system according to claim 4 of the present invention, the auxiliary oxide fuel cell system further includes a water vapor supply line for supplying water vapor generated by the second vaporizer to the reformer, and the auxiliary The heating means is disposed at a predetermined portion of the combustion exhaust gas discharge line upstream of the second carburetor located outside the fuel cell housing, and the steam flowing through the steam supply line and the combustion exhaust gas discharge line The combustion catalyst disposed at a predetermined site is heated.

また、本発明の請求項に記載のコージェネレーションシステムでは、炭化水素系燃料ガスと水蒸気とで改質反応させるための改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元により発電を行うための複数個の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックにおいて発電に寄与しない余剰の燃料ガスを燃焼させるための燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するために断熱材で覆われた燃料電池ハウジングと、前記燃焼室からの燃焼排ガスを前記燃料電池ハウジング外に排出するための燃焼排ガス排出ラインと、前記燃焼排ガス排出ラインより排出される燃焼排ガスの排熱を温水として回収するための排熱回収手段と、を備え、前記排熱回収手段は、前記燃焼排ガス排出ラインより排出される燃焼排ガスの排熱と水とで熱交換するための排熱回収用熱交換器と、前記排熱回収用熱交換器での熱交換後の温水を貯湯する貯湯タンクと、前記排熱回収用熱交換器と前記貯湯タンクとの間で水を循環させるための循環ラインと、を有するコージェネレーションシステムであって、
水を気化させて前記改質器へ送給する水蒸気を生成するための第1気化器及び第2気化器が設けられ、前記第1気化器は、前記燃焼室における余剰の燃料ガスの燃焼により加熱されるように前記燃料電池ハウジング内に収容され、前記第2気化器は、前記燃焼排ガス排出ラインを通して流れる燃焼排ガスにより加熱されるように前記燃料電池ハウジング外に配設されており、
前記燃料電池ハウジング外に位置する前記第2気化器又はその上流側における前記燃焼排ガス排出ラインには、燃焼排ガス中に含まれる可燃成分を燃焼させるための燃焼触媒が配設されており、
更に、前記第2気化器に関連して、前記第2気化器にて生成された水蒸気の温度を検知するための燃料利用率制御用温度検知手段及び前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を制御するための制御手段が設けられ、前記燃料利用率制御用温度検知手段の検知温度が燃料利用率制御用設定温度よりも低下すると、前記制御手段は、前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を低下させることを特徴とする。
In the cogeneration system according to claim 5 of the present invention, a reformer for reforming reaction with hydrocarbon fuel gas and steam, and a reformed fuel gas reformed by the reformer And a fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells for generating power by oxidizing and reducing the oxidizing material, and a combustion chamber for burning surplus fuel gas that does not contribute to power generation in the fuel cell stack A fuel cell housing covered with a heat insulating material to accommodate the reformer, the fuel cell stack and the combustion chamber, and combustion for discharging combustion exhaust gas from the combustion chamber to the outside of the fuel cell housing An exhaust gas exhaust line; and exhaust heat recovery means for recovering exhaust heat of the combustion exhaust gas discharged from the combustion exhaust gas exhaust line as hot water, wherein the exhaust heat recovery means A heat exchanger for exhaust heat recovery for exchanging heat between exhaust heat and water of the exhaust gas discharged from the exhaust gas exhaust line, and hot water after heat exchange in the heat exchanger for exhaust heat recovery is stored. A cogeneration system having a hot water storage tank, and a circulation line for circulating water between the heat exchanger for exhaust heat recovery and the hot water storage tank,
A first vaporizer and a second vaporizer are provided for vaporizing water to be supplied to the reformer, and the first vaporizer is formed by combustion of excess fuel gas in the combustion chamber. accommodated in the fuel cell housing to be heated, the second vaporizer is arranged outside the fuel cell housing to be heated by the combustion exhaust gas flowing through the combustion gas discharge line,
A combustion catalyst for combusting combustible components contained in the combustion exhaust gas is disposed in the second carburetor located outside the fuel cell housing or the combustion exhaust gas exhaust line on the upstream side thereof ,
Further, in relation to the second vaporizer, a fuel utilization rate control temperature detecting means for detecting the temperature of water vapor generated in the second vaporizer, and a fuel utilization rate in the fuel cell stack. Control means for controlling is provided, and when the temperature detected by the fuel utilization rate control temperature detection means is lower than the set temperature for fuel utilization rate control, the control means is configured to use the fuel utilization rate in the fuel cell stack. It is characterized by lowering .

また、本発明の請求項に記載のコージェネレーションシステムでは、前記排熱回収用熱交換器は、前記第2気化器よりも下流側における前記燃焼排ガス排出ラインに配設されていることを特徴とする。 In the cogeneration system according to claim 6 of the present invention, the heat exchanger for exhaust heat recovery is disposed in the combustion exhaust gas discharge line on the downstream side of the second vaporizer. And

本発明の請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システム及び請求項に記載のコージェネレーションシステムによれば、燃料電池ハウジング外に位置する第2気化器又はその上流側における燃焼排ガス排出ラインには燃焼触媒が配設されているので、この燃焼触媒の作用によって燃焼排ガス中に含まれる可燃成分が燃焼される。この燃焼排ガスの燃焼熱及びその保有熱量によって、第2気化器における熱交換温度を高めることができる。従って、例えば部分負荷時の低負荷運転状態から定格負荷時の高負荷運転状態に切り換えられた際に、多量の水(改質用水)が第2気化器に供給された場合であっても、この供給された水を確実に気化することができ、第2気化器における気化不良の発生を抑制することができる。また、燃料利用率制御用温度検知手段の検知温度が燃料利用率制御用設定温度よりも低下すると、制御手段は、燃料電池セルスタックでの燃料利用率を低下させる。このように燃料利用率を低下させることにより、燃料電池セルスタックでの発電に使用されない余剰の燃料ガスの量が増大して燃焼排ガスの保有熱量が増大し、第2気化器における熱交換温度が上昇するので、第2気化器における気化不良の発生をより効果的に抑制することができる。 According to the solid oxide fuel cell system of claim 1 and the cogeneration system of claim 5 of the present invention, the second carburetor located outside the fuel cell housing or the combustion exhaust gas exhaust line upstream thereof Since a combustion catalyst is disposed in the flammable gas, combustible components contained in the combustion exhaust gas are burned by the action of the combustion catalyst. The heat exchange temperature in the second vaporizer can be increased by the combustion heat of the combustion exhaust gas and the amount of retained heat. Therefore, for example, even when a large amount of water (reforming water) is supplied to the second vaporizer when the low load operation state at the partial load is switched to the high load operation state at the rated load, This supplied water can be reliably vaporized, and the occurrence of poor vaporization in the second vaporizer can be suppressed. Further, when the temperature detected by the fuel utilization rate control temperature detecting means is lower than the fuel utilization rate control set temperature, the control means reduces the fuel utilization rate in the fuel cell stack. By reducing the fuel utilization rate in this way, the amount of surplus fuel gas that is not used for power generation in the fuel cell stack increases, the amount of heat retained in the combustion exhaust gas increases, and the heat exchange temperature in the second vaporizer increases. Since it raises, generation | occurrence | production of the vaporization defect in a 2nd vaporizer can be suppressed more effectively.

また、本発明の請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、第2気化器により生成された水蒸気を補助的に加熱するための補助加熱手段が設けられているので、第2気化器により生成された水蒸気の温度が加熱制御用設定温度よりも低下した際には、この補助加熱ヒータからの熱によって水蒸気が加熱される。これにより、水の気化不良を抑制することができ、また所望温度の水蒸気を改質器に供給することができる。   Further, according to the solid oxide fuel cell system according to claim 2 of the present invention, the auxiliary heating means for supplementarily heating the water vapor generated by the second vaporizer is provided. When the temperature of the water vapor generated by the two vaporizer is lower than the set temperature for heating control, the water vapor is heated by the heat from the auxiliary heater. Thereby, the vaporization failure of water can be suppressed and water vapor of desired temperature can be supplied to a reformer.

また、本発明の請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、補助加熱手段は第2気化器に配設されているので、第2気化器により生成された水蒸気及び第2気化器に配設された燃焼触媒が補助加熱手段によって加熱される。このように水蒸気を加熱することにより、水の気化不良を抑制することができる。また、燃焼触媒を加熱することにより、燃焼触媒の活性を一定に保つことができ、また固体酸化物形燃料電池システムの冷起動時においても燃焼触媒の活性を速やかに発現することができる。   In the solid oxide fuel cell system according to claim 3 of the present invention, since the auxiliary heating means is disposed in the second vaporizer, the water vapor generated by the second vaporizer and the second The combustion catalyst disposed in the vaporizer is heated by auxiliary heating means. By heating the water vapor in this way, water vaporization defects can be suppressed. Further, by heating the combustion catalyst, the activity of the combustion catalyst can be kept constant, and the activity of the combustion catalyst can be quickly expressed even at the time of cold start of the solid oxide fuel cell system.

また、本発明の請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、補助加熱手段は、燃料電池ハウジング外に位置する第2気化器の上流側における燃焼排ガス排出ラインの所定部位に配設されているので、水蒸気送給ラインを流れる水蒸気及び上記所定部位に配設された燃焼触媒が補助加熱手段によって加熱される。このように水蒸気を加熱することにより、水の気化不良を抑制することができる。また、燃焼触媒を加熱することにより、燃焼触媒の活性を一定に保つことができ、また固体酸化物形燃料電池システムの冷起動時においても燃焼触媒の活性を速やかに発現することができる。   In the solid oxide fuel cell system according to claim 4 of the present invention, the auxiliary heating means is provided at a predetermined portion of the combustion exhaust gas exhaust line upstream of the second carburetor located outside the fuel cell housing. Since it is disposed, the steam flowing through the steam supply line and the combustion catalyst disposed at the predetermined portion are heated by the auxiliary heating means. By heating the water vapor in this way, water vaporization defects can be suppressed. Further, by heating the combustion catalyst, the activity of the combustion catalyst can be kept constant, and the activity of the combustion catalyst can be quickly expressed even at the time of cold start of the solid oxide fuel cell system.

また、本発明の請求項に記載のコージェネレーションシステムによれば、排熱回収用熱交換器は、第2気化器よりも下流側における燃焼排ガス排出ラインに配設されているので、第2気化器の下流側にて燃焼排ガスが排熱回収用熱交換器により吸熱される。これにより、第2気化器を流れる燃焼排ガスの温度が高くなり、この第2気化器にて燃焼排ガスの排熱を水(改質用水)の気化に用いることができるとともに、第2気化器にて熱交換に利用された後の燃焼排ガスの排熱を排熱回収用熱交換器にて効果的に温水として回収することができる。 In the cogeneration system according to claim 6 of the present invention, the exhaust heat recovery heat exchanger is disposed in the combustion exhaust gas discharge line on the downstream side of the second carburetor. The combustion exhaust gas is absorbed by the exhaust heat recovery heat exchanger on the downstream side of the vaporizer. As a result, the temperature of the combustion exhaust gas flowing through the second vaporizer increases, and the exhaust heat of the combustion exhaust gas can be used for vaporizing water (reforming water) in the second vaporizer, and the second vaporizer Then, the exhaust heat of the combustion exhaust gas after being used for heat exchange can be effectively recovered as hot water by the heat exchanger for exhaust heat recovery.

本発明の第1の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図である。1 is a block diagram schematically showing a configuration of a solid oxide fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 図1の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of control of the solid oxide fuel cell system of FIG. 本発明の第2の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows simply the structure of the solid oxide fuel cell system by the 2nd Embodiment of this invention. 図3の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of control of the solid oxide fuel cell system of FIG. 本発明の第3の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows simply the structure of the solid oxide fuel cell system by the 3rd Embodiment of this invention. 図5の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of control of the solid oxide fuel cell system of FIG. 本発明の第4の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows simply the structure of the solid oxide fuel cell system by the 4th Embodiment of this invention. 図7の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of control of the solid oxide fuel cell system of FIG.

以下、添付図面を参照して、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システム及びこれを備えたコージェネレーションシステムの各種実施形態について説明する。
[第1の実施形態]
まず、図1及び図2を参照して、第1の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムについて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図であり、図2は、図1の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。
Hereinafter, various embodiments of a solid oxide fuel cell system according to the present invention and a cogeneration system including the same will be described with reference to the accompanying drawings.
[First Embodiment]
First, with reference to FIG.1 and FIG.2, the solid oxide fuel cell system by 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a solid oxide fuel cell system according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a control flow of the solid oxide fuel cell system of FIG. It is a flowchart which shows.

図1を参照すると、図示の固体酸化物形燃料電池システム2は、改質器4、燃料電池セルスタック6、空気予熱器8、第1気化器10及び第2気化器12を備えている。以下、固体酸化物形燃料電池システム2の構成について詳細に説明する。   Referring to FIG. 1, the illustrated solid oxide fuel cell system 2 includes a reformer 4, a fuel cell stack 6, an air preheater 8, a first vaporizer 10, and a second vaporizer 12. Hereinafter, the configuration of the solid oxide fuel cell system 2 will be described in detail.

改質器4は、改質触媒として例えばアルミナにルテニウムを担持させたものが用いられ、この改質触媒によって、例えば天然ガスなどのメタンを主成分とする炭化水素系燃料ガス(以下、「燃料ガス」という)が水蒸気改質される。この改質器4は、ガス・水蒸気送給ライン14を介して第1気化器10に接続されている。   In the reformer 4, for example, a catalyst in which ruthenium is supported on alumina is used as a reforming catalyst. By this reforming catalyst, for example, a hydrocarbon-based fuel gas (hereinafter referred to as “fuel”) containing methane such as natural gas as a main component. Gas)) is steam reformed. The reformer 4 is connected to the first vaporizer 10 via a gas / steam feed line 14.

燃料電池セルスタック6は、電気化学反応によって発電を行うための複数個の固体酸化物形燃料電池セル(図示せず)を集電部材を介して積層することにより構成されている。この燃料電池セルスタック6は、酸素イオンを伝導する固体電解質(図示せず)と、固体電解質の片側に設けられた燃料極(図示せず)と、固体電解質の他側に設けられた酸素極(図示せず)と、を備え、固体電解質として例えばイットリアをドープしたジルコニアが用いられる。   The fuel cell stack 6 is configured by stacking a plurality of solid oxide fuel cells (not shown) for generating power by an electrochemical reaction via current collecting members. The fuel cell stack 6 includes a solid electrolyte (not shown) that conducts oxygen ions, a fuel electrode (not shown) provided on one side of the solid electrolyte, and an oxygen electrode provided on the other side of the solid electrolyte. (Not shown), and, for example, zirconia doped with yttria is used as the solid electrolyte.

燃料電池セルスタック6の燃料極の導入側は、改質燃料ガス送給ライン16を介して改質器4に接続されている。また、燃料電池セルスタック6の酸素極の導入側は、空気送給ライン18を介して空気(酸化材)を予熱するための空気予熱器8に接続されている。この空気予熱器8は、空気供給ライン20を介して送風ブロア22に接続されている。送風ブロア22の回転数を制御することによって、空気供給ライン20を通して供給される空気の量が制御される。   The fuel electrode introduction side of the fuel cell stack 6 is connected to the reformer 4 via a reformed fuel gas supply line 16. The oxygen electrode introduction side of the fuel cell stack 6 is connected to an air preheater 8 for preheating air (oxidant) via an air supply line 18. The air preheater 8 is connected to the blower blower 22 via the air supply line 20. By controlling the rotational speed of the blower blower 22, the amount of air supplied through the air supply line 20 is controlled.

燃料電池セルスタック6の燃料極及び酸素極の各排出側には燃焼室24が設けられ、燃料電池セルスタック6の燃料極側から排出された余剰の燃料ガス(即ち、燃料電池セルスタック6での発電に使用されなかった燃料ガス)と酸素極側から排出された空気(酸素を含む)とがこの燃焼室24に送給されて燃焼される。燃焼室24は第1燃焼排ガス排出ライン26を介して空気予熱器8に接続され、更に、空気予熱器8は、第2燃焼排ガス排出ライン28を介して第2気化器12に接続されている。空気予熱器8においては、空気供給ライン20を通して供給される空気と第1燃焼排ガス排出ライン26を通して送給される燃焼排ガスとの間で熱交換が行われ、この熱交換によって加温された空気は、空気送給ライン18を通して燃料電池セルスタック6の酸素極側に送給される。   A combustion chamber 24 is provided at each discharge side of the fuel electrode and the oxygen electrode of the fuel cell stack 6, and excess fuel gas discharged from the fuel electrode side of the fuel cell stack 6 (that is, in the fuel cell stack 6). The fuel gas that has not been used for power generation) and the air (including oxygen) discharged from the oxygen electrode are supplied to the combustion chamber 24 and burned. The combustion chamber 24 is connected to the air preheater 8 via a first combustion exhaust gas discharge line 26, and the air preheater 8 is further connected to the second carburetor 12 via a second combustion exhaust gas discharge line 28. . In the air preheater 8, heat exchange is performed between the air supplied through the air supply line 20 and the combustion exhaust gas supplied through the first combustion exhaust gas discharge line 26, and the air heated by this heat exchange is performed. Is fed to the oxygen electrode side of the fuel cell stack 6 through the air feed line 18.

第1気化器10は、燃料ガス供給ライン30を介して燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源32に接続されている。燃料ガス供給ライン30には、脱硫器34、燃料ガス供給用ポンプ35及び燃料流量センサ36が配設されている。この燃料ガス供給ライン30には、更に、2連の開閉弁40,42が配設されている。2連の開閉弁40,42は開閉自在に構成され、燃料ガス供給ライン30を開放・遮断することにより、燃料ガスの供給・供給停止を行う。脱硫器34は、燃料ガス中に含まれる硫黄成分を除去する。燃料ガス供給用ポンプ35は、燃料ガス供給ライン30を流れる燃料ガスを昇圧し、燃料流量センサ36の流量が設定の値となるように、燃料ガス供給源32からの燃料ガスを燃料ガス供給ライン30を通して第1気化器10に供給する。この第1気化器10は、水蒸気送給ライン44を介して第2気化器12に接続されており、第2気化器12にて生成された水蒸気(後述する)が水蒸気送給ライン44を通して送給される。   The first vaporizer 10 is connected to a fuel gas supply source 32 for supplying fuel gas via a fuel gas supply line 30. The fuel gas supply line 30 is provided with a desulfurizer 34, a fuel gas supply pump 35, and a fuel flow rate sensor 36. The fuel gas supply line 30 is further provided with two open / close valves 40 and 42. The two on-off valves 40 and 42 are configured to be openable and closable, and the fuel gas supply line 30 is opened / closed to stop supplying / stopping the fuel gas. The desulfurizer 34 removes sulfur components contained in the fuel gas. The fuel gas supply pump 35 boosts the fuel gas flowing through the fuel gas supply line 30 and supplies the fuel gas from the fuel gas supply source 32 to the fuel gas supply line so that the flow rate of the fuel flow sensor 36 becomes a set value. 30 is supplied to the first vaporizer 10. The first vaporizer 10 is connected to the second vaporizer 12 via a water vapor feed line 44, and water vapor (described later) generated by the second vaporizer 12 is fed through the water vapor feed line 44. Be paid.

上述した改質器4、燃料電池セルスタック6、空気予熱器8及び第1気化器10はそれぞれ、燃料電池ハウジング46に収容されている。燃料電池ハウジング46の内壁面は断熱材で覆われて高温室48を規定し、改質器4、燃料電池セルスタック6、空気予熱器8及び第1気化器10が高温室48内で高温状態に保たれる。第1気化器10及び改質器4は燃焼室24の付近に配設されており、このように配設することによって、燃焼室24における燃料ガスの燃焼熱によって第1気化器10及び改質器4が加熱される。これにより、第1気化器10では、燃焼室24における燃料ガスの燃焼熱によって、第2気化器12より送給された水蒸気が更に加熱されることにより、改質用の水蒸気が生成される。   The above-described reformer 4, fuel cell stack 6, air preheater 8, and first vaporizer 10 are each accommodated in a fuel cell housing 46. The inner wall surface of the fuel cell housing 46 is covered with a heat insulating material to define a high temperature chamber 48, and the reformer 4, the fuel cell stack 6, the air preheater 8 and the first vaporizer 10 are in a high temperature state in the high temperature chamber 48. To be kept. The first carburetor 10 and the reformer 4 are disposed in the vicinity of the combustion chamber 24. By disposing the first carburetor 10 and the reformer 4 in this way, the first carburetor 10 and the reformer are generated by the combustion heat of the fuel gas in the combustion chamber 24. The vessel 4 is heated. Thereby, in the first vaporizer 10, the steam supplied from the second vaporizer 12 is further heated by the combustion heat of the fuel gas in the combustion chamber 24, thereby generating reforming steam.

第2気化器12は、水供給ライン50を介して改質用水供給源52(例えば、水道管や水タンクなど)に接続され、この水供給ライン50には、水(改質用水)を供給するための水供給ポンプ54が配設されている。改質用水供給源52からの水は、水供給ライン50を通して第2気化器12に供給される。第2気化器12内の燃焼排ガスが流れる排ガス流路(図示せず)には燃焼触媒56が充填されており、この燃焼触媒56は、例えば白金やパラジウム等の貴金属系燃焼触媒、又は例えばマンガンや鉄等の卑金属系燃焼触媒から形成される。特に、白金及びパラジウムは、各種ガス成分に対して活性が高く、300℃以下の低温域でも利用することができる。また、第2気化器12内の水蒸気(水を含む)が流れる水蒸気流路(図示せず)の近傍には、温度検知センサ58(燃料利用率制御用温度検知手段を構成する)が配設されている。この温度検知センサ58は、第2気化器12にて生成されて水蒸気流路を流れる水蒸気の温度を検知する。なお、温度検知センサ58は、水蒸気の温度低下を確実に検知するために、水蒸気の温度が最も低下し得る箇所、例えば、水蒸気流路が金属製の筐体(図示せず)に支持される箇所などに配設するのが好ましい。また、第2気化器12内の排ガス流路及び水蒸気流路は、燃焼触媒58を介して相互に熱伝達可能に構成されている。   The second vaporizer 12 is connected to a reforming water supply source 52 (for example, a water pipe or a water tank) via a water supply line 50, and water (reforming water) is supplied to the water supply line 50. A water supply pump 54 is provided for this purpose. Water from the reforming water supply source 52 is supplied to the second vaporizer 12 through the water supply line 50. An exhaust gas flow path (not shown) through which the combustion exhaust gas in the second vaporizer 12 flows is filled with a combustion catalyst 56, which is a noble metal combustion catalyst such as platinum or palladium, or manganese, for example. And a base metal combustion catalyst such as iron. In particular, platinum and palladium are highly active against various gas components, and can be used even in a low temperature range of 300 ° C. or lower. In addition, a temperature detection sensor 58 (constituting temperature detection means for controlling fuel utilization) is disposed in the vicinity of a water vapor channel (not shown) through which water vapor (including water) flows in the second vaporizer 12. Has been. This temperature detection sensor 58 detects the temperature of the water vapor generated in the second vaporizer 12 and flowing through the water vapor channel. Note that the temperature detection sensor 58 is supported by a metal casing (not shown) where the temperature of the water vapor can be lowered most, for example, a water flow path, in order to reliably detect the temperature drop of the water vapor. It is preferable to arrange in a place. Further, the exhaust gas passage and the water vapor passage in the second vaporizer 12 are configured to be able to transfer heat to each other via the combustion catalyst 58.

この第2気化器12は燃料電池ハウジング46外に配設されており、このように配設することによって、第2気化器12における水の気化には、第2燃焼排ガス排出ライン28を流れる燃焼排ガスの熱が利用され、燃料電池ハウジング46内の熱が利用されることがない。第2燃焼排ガス排出ライン28からの燃焼排ガスが第2気化器12内の排ガス流路を流れると、この排ガス流路に充填された燃焼触媒56の作用によって、燃焼排ガス中に含まれる可燃成分が燃焼される。燃焼排ガスの保有熱量及びその燃焼熱は燃焼触媒56を介して第2気化器12内の水蒸気流路に伝達され、この伝達された熱によって、改質用水供給源52より水供給ライン50を通して供給される水が気化されて水蒸気が生成される。   The second carburetor 12 is disposed outside the fuel cell housing 46. By disposing the second carburetor 12 in this manner, the water flowing in the second combustion exhaust gas discharge line 28 is used for vaporization of water in the second carburetor 12. The heat of the exhaust gas is used, and the heat in the fuel cell housing 46 is not used. When the combustion exhaust gas from the second combustion exhaust gas discharge line 28 flows through the exhaust gas passage in the second carburetor 12, the combustible component contained in the combustion exhaust gas is caused by the action of the combustion catalyst 56 filled in the exhaust gas passage. Burned. The amount of heat retained in the combustion exhaust gas and the combustion heat are transmitted to the steam flow path in the second vaporizer 12 via the combustion catalyst 56, and supplied from the reforming water supply source 52 through the water supply line 50 by this transmitted heat. The water is vaporized to generate water vapor.

また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム2では、燃料電池セルスタック6での燃料利用率を制御するためのコントローラ60(制御手段を構成する)が設けられている。なお、燃料利用率とは、燃料電池セルスタック6に供給される燃料ガスの量に対する、この燃料電池セルスタック6で発電に消費される燃料ガスの量の割合である。コントローラ60は、温度検知センサ58の検知温度に基づいて、燃料ガス供給用ポンプ35の出力を制御して燃料電池セルスタック6への燃料ガスの供給量を制御することにより、燃料利用率を制御する。本実施形態では、温度検知センサ58の検知温度が第1設定温度(例えば120℃)以上になると、コントローラ60は燃料利用率を上昇させて第2設定値(例えば77%)に設定し、また温度検知センサ58の検知温度が第2設定温度(例えば110℃)(燃料利用率制御用設定温度を構成する)以下になると、コントローラ60は燃料利用率を低下させて第1設定値(例えば65%)に設定する。このように燃料利用率を低下させると、燃料電池セルスタック6にて発電に消費される燃料ガスの割合が減少するため、余剰の燃料ガスの量が増大する。これにより、第1気化器10における熱交換温度を上昇させることができるとともに、燃焼室24から排出される燃焼排ガスの保有熱量が増大して、第2気化器12における熱交換温度を上昇させることができる。   In the solid oxide fuel cell system 2 of the present embodiment, a controller 60 (which constitutes a control means) for controlling the fuel utilization rate in the fuel cell stack 6 is provided. The fuel utilization rate is the ratio of the amount of fuel gas consumed for power generation in the fuel cell stack 6 to the amount of fuel gas supplied to the fuel cell stack 6. The controller 60 controls the fuel utilization rate by controlling the output of the fuel gas supply pump 35 based on the temperature detected by the temperature detection sensor 58 and controlling the amount of fuel gas supplied to the fuel cell stack 6. To do. In the present embodiment, when the temperature detected by the temperature detection sensor 58 becomes equal to or higher than the first set temperature (for example, 120 ° C.), the controller 60 increases the fuel utilization rate to set the second set value (for example, 77%). When the detected temperature of the temperature detection sensor 58 becomes equal to or lower than a second set temperature (for example, 110 ° C.) (which constitutes the set temperature for fuel utilization rate control), the controller 60 reduces the fuel utilization rate to a first set value (for example, 65 %). When the fuel utilization rate is reduced in this way, the ratio of the fuel gas consumed for power generation in the fuel cell stack 6 is reduced, so that the amount of surplus fuel gas is increased. Thereby, while being able to raise the heat exchange temperature in the 1st vaporizer | carburetor 10, the retained heat amount of the combustion exhaust gas discharged | emitted from the combustion chamber 24 increases, and the heat exchange temperature in the 2nd vaporizer | carburetor 12 is raised. Can do.

図2をも参照すると、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム2の発電運転は、次のようにして行われる。固体酸化物形燃料電池システム2を起動すると(ステップS1)、送風ブロア22が作動され、送風ブロア22からの空気が空気供給ライン20、空気予熱器8及び空気送給ライン18を通して燃料電池セルスタック6の酸素極側に供給される(ステップS2)。燃料電池セルスタック6の酸素極側から排出された空気は、燃焼室24に送給される。また、2連の開閉弁40,42が開状態に保持されるとともに燃料ガス供給用ポンプ35が作動され、燃料ガス供給源32からの燃料ガスは、脱硫器34にて脱硫された後に燃料ガス供給ライン30を通して第1気化器10に供給される。第1気化器10に供給された燃料ガスは、ガス・水蒸気送給ライン14、改質器4及び改質燃料ガス送給ライン16を通して燃料電池セルスタック6の燃料極側に供給される(ステップS3)。燃料電池セルスタック6の燃料極側から排出された燃料ガスは、燃焼室24に送給される。   Referring also to FIG. 2, the power generation operation of the solid oxide fuel cell system 2 of the present embodiment is performed as follows. When the solid oxide fuel cell system 2 is started (step S1), the blower blower 22 is activated, and the air from the blower blower 22 passes through the air supply line 20, the air preheater 8, and the air supply line 18, and the fuel cell stack. 6 is supplied to the oxygen electrode side 6 (step S2). The air discharged from the oxygen electrode side of the fuel cell stack 6 is sent to the combustion chamber 24. Further, the two on-off valves 40 and 42 are held in the open state, the fuel gas supply pump 35 is operated, and the fuel gas from the fuel gas supply source 32 is desulfurized by the desulfurizer 34 and then the fuel gas. It is supplied to the first vaporizer 10 through the supply line 30. The fuel gas supplied to the first vaporizer 10 is supplied to the fuel electrode side of the fuel cell stack 6 through the gas / steam supply line 14, the reformer 4, and the reformed fuel gas supply line 16 (step). S3). The fuel gas discharged from the fuel electrode side of the fuel cell stack 6 is sent to the combustion chamber 24.

このように空気及び燃料ガスが供給された状態において、燃焼室24に配設された点火装置(図示せず)が点火作動されることにより、燃料電池セルスタック6の空気極側から排出された空気を燃焼用空気として、燃料電池セルスタック6の燃料極側から排出された燃料ガスが燃焼される(ステップS4)。この燃焼室24における燃料ガスの燃焼熱によって、燃料電池セルスタック6、改質器4及び第1気化器10が加熱される。   In such a state where air and fuel gas are supplied, an ignition device (not shown) disposed in the combustion chamber 24 is ignited to be discharged from the air electrode side of the fuel cell stack 6. The fuel gas discharged from the fuel electrode side of the fuel cell stack 6 is combusted using air as combustion air (step S4). The fuel cell stack 6, the reformer 4 and the first vaporizer 10 are heated by the combustion heat of the fuel gas in the combustion chamber 24.

燃焼室24から排出された燃焼排ガスは、第1燃焼排ガス排出ライン26、空気予熱器8及び第2燃焼排ガス排出ライン28を通して第2気化器12に送給される。このように送給されると、第2気化器12内の排ガス流路に充填された燃焼触媒56の作用によって、燃焼排ガス中に含まれる可燃成分が燃焼される。燃焼排ガスの保有熱量及びその燃焼熱によって第2気化器12内の温度が上昇すると、改質用水供給源52からの水が水供給ライン50を通して第2気化器12に供給される(ステップS5)。この第2気化器12においては、燃焼排ガスの保有熱量及びその燃焼熱によって水が気化されて水蒸気が生成され、生成された水蒸気が水蒸気送給ライン44を通して第1気化器10に送給される。   The flue gas discharged from the combustion chamber 24 is fed to the second carburetor 12 through the first flue gas discharge line 26, the air preheater 8 and the second flue gas exhaust line 28. When fed in this way, combustible components contained in the combustion exhaust gas are burned by the action of the combustion catalyst 56 filled in the exhaust gas flow path in the second vaporizer 12. When the temperature in the second vaporizer 12 rises due to the amount of heat of combustion exhaust gas and the combustion heat, water from the reforming water supply source 52 is supplied to the second vaporizer 12 through the water supply line 50 (step S5). . In the second vaporizer 12, water is vaporized by the retained heat amount of the combustion exhaust gas and the combustion heat to generate water vapor, and the generated water vapor is supplied to the first vaporizer 10 through the water vapor supply line 44. .

第1気化器10においては、燃焼室24における燃料ガスの燃焼熱によって、燃料ガスが加熱されるとともに、第2気化器12から送給された水蒸気が更に加熱されて改質用の水蒸気が生成される。この加熱された燃料ガス及び生成された水蒸気は、ガス・水蒸気送給ライン14を通して改質器4に送給される。   In the first vaporizer 10, the fuel gas is heated by the combustion heat of the fuel gas in the combustion chamber 24, and the steam supplied from the second vaporizer 12 is further heated to generate reforming steam. Is done. The heated fuel gas and the generated steam are fed to the reformer 4 through the gas / steam feed line 14.

また、改質器4においては、燃焼室24における燃料ガスの燃焼熱によって、燃料ガスと水蒸気とで水蒸気改質反応が行なわれる。改質された燃料ガス(改質燃料ガス)は、改質燃料ガス送給ライン16を通して燃料電池セルスタック6の燃料極側に送給される。また、空気予熱器8においては、送風ブロア22からの空気と燃焼室24より排出されて第1燃焼排ガス排出ライン26を通して流れる燃焼排ガスとの間で熱交換が行われる。熱交換により加温された空気は、空気送給ライン18を通して燃料電池セルスタック6の酸素極側に送給される。そして、燃料電池セルスタック6の燃料極側から排出された燃料ガスは、燃料電池セルスタック6の酸素極側から排出された空気を燃焼用空気として燃焼される。   In the reformer 4, the steam reforming reaction is performed between the fuel gas and the steam by the combustion heat of the fuel gas in the combustion chamber 24. The reformed fuel gas (reformed fuel gas) is fed to the fuel electrode side of the fuel cell stack 6 through the reformed fuel gas feed line 16. In the air preheater 8, heat exchange is performed between the air from the blower blower 22 and the combustion exhaust gas discharged from the combustion chamber 24 and flowing through the first combustion exhaust gas discharge line 26. The air heated by heat exchange is supplied to the oxygen electrode side of the fuel cell stack 6 through the air supply line 18. The fuel gas discharged from the fuel electrode side of the fuel cell stack 6 is combusted using the air discharged from the oxygen electrode side of the fuel cell stack 6 as combustion air.

このようにして燃料電池セルスタック6の温度が作動温度に達すると、ステップS6からステップS7に進み、固体酸化物形燃料電池システム2の定常発電運転が行われる。この定常発電運転においては、燃料ガス供給源32からの燃料ガスは、燃料流量センサ36の流量が設定の値となるように燃料ガス供給用ポンプ35の出力が制御されることによりその流量が制御されて、燃料ガス供給ライン30を通して第1気化器10に供給される。また、改質用水供給源52からの水は、水供給ライン50を通して第2気化器12に供給され、この第2気化器12において上述のようにして水が気化されて水蒸気となる。第2気化器12からの水蒸気は、水蒸気送給ライン44を通して第1気化器10に送給されて更に加熱される。そして、第1気化器10からの燃料ガス及び水蒸気はガス・水蒸気送給ライン14を通して改質器4に送給され、この改質器4により改質された燃料ガス(改質燃料ガス)が改質燃料ガス送給ライン16を通して燃料電池セルスタック6の燃料極側に送給される。また、送風ブロア22からの空気は、空気供給ライン20を通して空気予熱器8に供給され、この空気予熱器8において第1燃焼排ガス排出ライン26を通して流れる燃焼排ガスとの間で熱交換される。熱交換により加温された空気は、空気送給ライン18を通して燃料電池セルスタック6の酸素極側に送給される。   When the temperature of the fuel cell stack 6 reaches the operating temperature in this way, the process proceeds from step S6 to step S7, and the steady power generation operation of the solid oxide fuel cell system 2 is performed. In this steady power generation operation, the flow rate of the fuel gas from the fuel gas supply source 32 is controlled by controlling the output of the fuel gas supply pump 35 so that the flow rate of the fuel flow sensor 36 becomes a set value. Then, the fuel is supplied to the first vaporizer 10 through the fuel gas supply line 30. Further, the water from the reforming water supply source 52 is supplied to the second vaporizer 12 through the water supply line 50, and the water is vaporized in the second vaporizer 12 as described above to become steam. The steam from the second vaporizer 12 is fed to the first vaporizer 10 through the steam feed line 44 and further heated. The fuel gas and water vapor from the first vaporizer 10 are fed to the reformer 4 through the gas / steam feed line 14, and the fuel gas (reformed fuel gas) reformed by the reformer 4 is supplied. The fuel is fed to the fuel electrode side of the fuel cell stack 6 through the reformed fuel gas feed line 16. Further, the air from the blower blower 22 is supplied to the air preheater 8 through the air supply line 20, and heat exchange is performed between the air preheater 8 and the combustion exhaust gas flowing through the first combustion exhaust gas discharge line 26. The air heated by heat exchange is supplied to the oxygen electrode side of the fuel cell stack 6 through the air supply line 18.

燃料電池セルスタック6の燃料極側では改質された燃料ガスが酸化され、その酸素極側では空気中の酸素が還元され、この燃料極側の酸化及び酸素極側の還元による電気化学反応により発電が行われる。燃料電池セルスタック6の燃料極側及び酸素極側よりそれぞれ排出される余剰の燃料ガス及び空気は燃焼室24に送給され、空気中の酸素を利用して余剰の燃料ガスが燃焼される。この燃焼室24における燃料ガスの燃焼熱によって第1気化器10及び改質器4が加熱される。燃焼室24での燃焼反応に伴って生じる燃焼排ガスは、第1燃焼排ガス排出ライン26を通して空気予熱器8に送給され、この空気予熱器8において送風ブロア22から供給される空気との熱交換に利用される。その後に、この燃焼排ガスは第2燃焼排ガス排出ライン28を通して第2気化器12に送給され、この第2気化器12において水の気化に利用された後に大気に排出される。   The reformed fuel gas is oxidized on the fuel electrode side of the fuel cell stack 6, oxygen in the air is reduced on the oxygen electrode side, and by an electrochemical reaction due to oxidation on the fuel electrode side and reduction on the oxygen electrode side Power generation is performed. Excess fuel gas and air discharged from the fuel electrode side and the oxygen electrode side of the fuel cell stack 6 are supplied to the combustion chamber 24, and the excess fuel gas is combusted using oxygen in the air. The first vaporizer 10 and the reformer 4 are heated by the combustion heat of the fuel gas in the combustion chamber 24. Combustion exhaust gas generated by the combustion reaction in the combustion chamber 24 is supplied to the air preheater 8 through the first combustion exhaust gas discharge line 26, and heat exchange with air supplied from the blower blower 22 in the air preheater 8 is performed. Used for Thereafter, the combustion exhaust gas is supplied to the second vaporizer 12 through the second combustion exhaust gas discharge line 28, and is used for vaporizing water in the second vaporizer 12 and then discharged to the atmosphere.

定常発電運転の初期において、第2気化器12により生成された水蒸気の温度が充分に上昇していない状態、即ち、温度検知センサ58の検知温度が第1設定温度(例えば120℃)以下であるときには、コントローラ60は、燃料電池セルスタック6での燃料利用率を低下させて第1設定値(例えば65%)に制御する(ステップS8)。これにより、固体酸化物形燃料電池システム2は、燃料利用率が低下された第1の運転状態で運転される(ステップS9)。上述のように、燃料利用率を低下させると、余剰の燃料ガスの量が増大して燃焼排ガスの保有熱量が増大し、第2気化器12における熱交換温度が上昇するので、第2気化器12により生成された水蒸気の温度を高めることができる。   In the initial stage of the steady power generation operation, the temperature of the water vapor generated by the second vaporizer 12 is not sufficiently increased, that is, the temperature detected by the temperature detection sensor 58 is equal to or lower than the first set temperature (for example, 120 ° C.). Sometimes, the controller 60 controls the fuel utilization rate in the fuel cell stack 6 to a first set value (for example, 65%) by reducing the fuel utilization rate (step S8). Thereby, the solid oxide fuel cell system 2 is operated in the first operation state in which the fuel utilization rate is reduced (step S9). As described above, when the fuel utilization rate is reduced, the amount of surplus fuel gas is increased, the amount of heat retained in the combustion exhaust gas is increased, and the heat exchange temperature in the second carburetor 12 is increased. 12 can increase the temperature of the water vapor generated.

そして、温度検知センサ58の検知温度が第1設定温度以上になると、ステップS10からステップS11に進み、コントローラ60は、燃料電池セルスタック6での燃料利用率を上昇させて第2設定値(例えば77%)に制御する。これにより、固体酸化物形燃料電池システム2は、燃料利用率が上昇された第2の運転状態で運転される(ステップS12)。このように燃料利用率を上昇させることにより、燃料電池セルスタック6にて発電に消費される燃料ガスの割合が増大し、燃料電池セルスタック6での発電効率が高められる。   When the temperature detected by the temperature detection sensor 58 is equal to or higher than the first set temperature, the process proceeds from step S10 to step S11, and the controller 60 increases the fuel utilization rate in the fuel cell stack 6 to increase the second set value (for example, 77%). Thereby, the solid oxide fuel cell system 2 is operated in the second operation state in which the fuel utilization rate is increased (step S12). By increasing the fuel utilization rate in this way, the ratio of the fuel gas consumed for power generation in the fuel cell stack 6 increases, and the power generation efficiency in the fuel cell stack 6 is increased.

また、部分負荷時の低負荷運転状態では、定格負荷時の高負荷運転状態よりも燃料ガスの供給量が低下するため、燃焼排ガスの量が減少することによりその保有熱量が減少し、第2気化器12における熱交換温度が低下する。このような場合などにおいて、温度検知センサ58の検知温度が第2設定温度(例えば110℃)以下になると、ステップS13からステップS8に戻り、コントローラ60は、燃料電池セルスタック6での燃料利用率を低下させて第1設定値に制御し、固体酸化物形燃料電池システム2は第1の運転状態で運転される(ステップS9)。これにより、余剰の燃料ガスの量が増大して燃焼排ガスの保有熱量が増大し、第2気化器12における熱交換温度が上昇するので、第2気化器12における気化不良の発生を抑制することができる。   Further, in the low load operation state at the partial load, the amount of fuel gas supplied is lower than in the high load operation state at the rated load, so that the retained heat amount is reduced by reducing the amount of combustion exhaust gas, and the second The heat exchange temperature in the vaporizer 12 decreases. In such a case, when the temperature detected by the temperature detection sensor 58 becomes equal to or lower than the second set temperature (eg, 110 ° C.), the process returns from step S13 to step S8, and the controller 60 uses the fuel utilization rate in the fuel cell stack 6 Is controlled to the first set value, and the solid oxide fuel cell system 2 is operated in the first operating state (step S9). As a result, the amount of surplus fuel gas increases, the amount of heat retained in the combustion exhaust gas increases, and the heat exchange temperature in the second vaporizer 12 rises, so that the occurrence of poor vaporization in the second vaporizer 12 is suppressed. Can do.

上述したように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム2では、第2気化器12には燃焼触媒56が配設されているので、この燃焼触媒56の作用によって燃焼排ガス中に含まれる可燃成分が燃焼されることにより、第2気化器12における熱交換温度を高めることができる。従って、例えば部分負荷時の低負荷運転状態から定格負荷時の高負荷運転状態に切り換えられた際に、改質用水供給源52から多量の水が第2気化器12に供給された場合であっても、この供給された水を確実に気化することができ、第2気化器12における気化不良の発生を抑制することができる。   As described above, in the solid oxide fuel cell system 2 of the present embodiment, since the combustion catalyst 56 is disposed in the second carburetor 12, it is contained in the combustion exhaust gas by the action of the combustion catalyst 56. By burning the combustible component, the heat exchange temperature in the second vaporizer 12 can be increased. Therefore, for example, when a low load operation state at a partial load is switched to a high load operation state at a rated load, a large amount of water is supplied from the reforming water supply source 52 to the second vaporizer 12. However, the supplied water can be reliably vaporized, and the occurrence of poor vaporization in the second vaporizer 12 can be suppressed.

なお、本実施形態では、第2気化器12に燃焼触媒56を配設するように構成したが、燃料電池ハウジング46外に位置する、第2気化器12の上流側における第2燃焼排ガス排出ライン28に燃焼触媒56を配設するように構成してもよい。
[第2の実施形態]
次に、図3及び図4を参照して、第2の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムについて説明する。図3は、本発明の第2の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図であり、図4は、図3の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。なお、以下に示す各実施形態において、上記第1の実施形態と実質上同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
In the present embodiment, the combustion catalyst 56 is disposed in the second carburetor 12, but the second combustion exhaust gas discharge line on the upstream side of the second carburetor 12 is located outside the fuel cell housing 46. The combustion catalyst 56 may be arranged on the 28.
[Second Embodiment]
Next, a solid oxide fuel cell system according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a block diagram schematically showing the configuration of the solid oxide fuel cell system according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a control flow of the solid oxide fuel cell system of FIG. It is a flowchart which shows. In each of the embodiments described below, the same reference numerals are given to substantially the same components as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図3を参照すると、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム2Aでは、燃料電池ハウジング46外に位置する、第2気化器12よりも上流側における第2燃焼排ガス排出ライン28の所定部位及び水蒸気送給ライン44には、補助加熱ヒータ62(補助加熱手段を構成する)が配設されている。また、第2燃焼排ガス排出ライン28の上記所定部位には燃焼触媒56が配設されている。補助加熱ヒータ62は、例えば電気ヒータなどから構成されており、水蒸気送給ライン44を流れる水蒸気及び第2燃焼排ガス排出ライン28の上記所定部位に配設された燃焼触媒56をそれぞれ加熱する。なお、補助加熱ヒータ62には、燃料電池セルスタック6にて発電された電力の一部が供給され、この電力によって補助加熱ヒータ62が作動される。また、第2気化器12内の水蒸気流路(図示せず)の近傍には第1温度検知センサ64が配設され、この第1温度検知センサ64は、第2気化器12にて生成されて水蒸気流路を流れる水蒸気の温度を検知する。補助加熱ヒータ62内における水蒸気送給ライン44の近傍には第2温度検知センサ66(加熱制御用温度検知手段を構成する)が配設され、この第2温度検知センサ66は、水蒸気送給ライン44を流れる水蒸気の温度を検知する。   Referring to FIG. 3, in the solid oxide fuel cell system 2 </ b> A of the present embodiment, a predetermined portion of the second combustion exhaust gas discharge line 28 located outside the fuel cell housing 46 and upstream of the second carburetor 12 and An auxiliary heater 62 (constituting auxiliary heating means) is disposed in the steam supply line 44. A combustion catalyst 56 is disposed at the predetermined portion of the second combustion exhaust gas discharge line 28. The auxiliary heater 62 is composed of, for example, an electric heater or the like, and heats the steam flowing through the steam supply line 44 and the combustion catalyst 56 disposed at the predetermined portion of the second combustion exhaust gas discharge line 28, respectively. A part of the electric power generated by the fuel cell stack 6 is supplied to the auxiliary heater 62, and the auxiliary heater 62 is operated by this electric power. Further, a first temperature detection sensor 64 is disposed in the vicinity of a water vapor flow path (not shown) in the second vaporizer 12, and the first temperature detection sensor 64 is generated by the second vaporizer 12. The temperature of water vapor flowing through the water vapor channel is detected. A second temperature detection sensor 66 (which constitutes temperature detection means for heating control) is disposed in the auxiliary heater 62 in the vicinity of the water vapor supply line 44, and the second temperature detection sensor 66 is provided with the water vapor supply line. The temperature of water vapor flowing through 44 is detected.

コントローラ60Aは、第1温度検知センサ64の検知温度に基づいて燃料利用率を制御し、第2温度検知センサ66の検知温度に基づいて補助加熱ヒータ62の作動を制御する。第1温度検知センサ64の検知温度が第1設定温度(例えば120℃)以上になると、コントローラ60Aは燃料利用率を上昇させて第2設定値(例えば77%)に設定する。また、第2温度検知センサ66の検知温度が第2設定温度(例えば130℃)(加熱制御用設定温度を構成する)以下になると、コントローラ60Aは補助加熱ヒータ62の作動を開始させ、また第2温度検知手段66の検知温度が第3設定温度(例えば150℃)以上になると、コントローラ60Aは補助加熱ヒータ62の作動を停止させる。   The controller 60A controls the fuel utilization rate based on the temperature detected by the first temperature detection sensor 64, and controls the operation of the auxiliary heater 62 based on the temperature detected by the second temperature detection sensor 66. When the temperature detected by the first temperature detection sensor 64 becomes equal to or higher than the first set temperature (for example, 120 ° C.), the controller 60A increases the fuel utilization rate and sets the second set value (for example, 77%). When the temperature detected by the second temperature detection sensor 66 becomes equal to or lower than a second set temperature (for example, 130 ° C.) (which constitutes the set temperature for heating control), the controller 60A starts the operation of the auxiliary heater 62, and When the detected temperature of the two-temperature detecting means 66 becomes equal to or higher than a third set temperature (for example, 150 ° C.), the controller 60A stops the operation of the auxiliary heater 62.

図4をも参照すると、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム2Aの発電運転は、次のようにして行われる。固体酸化物形燃料電池システム2Aの定常発電運転においては、まず、上記第1の実施形態と同様に、ステップS21〜ステップS25が行われる。ステップS26において、例えば部分負荷時の低負荷運転状態において第2気化器12における熱交換温度が低下して、第2温度検知センサ66の検知温度が第2設定温度以下になると、ステップS26からステップS27に進み、コントローラ60Aは補助加熱ヒータ62の作動を開始する。補助加熱ヒータ62が作動されると、補助加熱ヒータ62からの熱によって水蒸気送給ライン44を流れる水蒸気が加熱され、これにより、水の気化不良を抑制することができる。また、補助加熱ヒータ62からの熱によって第2燃焼排ガス排出ライン28の上記所定部位に配設された燃焼触媒56が加熱され、これにより、燃焼触媒56の活性を一定に保つことができ、また固体酸化物形燃料電池システム2Aの冷起動時においても燃焼触媒56の活性を速やかに発現することができる。   Referring also to FIG. 4, the power generation operation of the solid oxide fuel cell system 2A of the present embodiment is performed as follows. In the steady power generation operation of the solid oxide fuel cell system 2A, first, steps S21 to S25 are performed as in the first embodiment. In step S26, for example, when the heat exchange temperature in the second vaporizer 12 is lowered in the low load operation state at the time of partial load and the detected temperature of the second temperature detection sensor 66 becomes equal to or lower than the second set temperature, the steps from step S26 to step S26 are performed. In S27, the controller 60A starts the operation of the auxiliary heater 62. When the auxiliary heater 62 is actuated, the water vapor flowing through the water vapor supply line 44 is heated by the heat from the auxiliary heater 62, thereby suppressing water vaporization failure. In addition, the combustion catalyst 56 disposed at the predetermined portion of the second combustion exhaust gas discharge line 28 is heated by the heat from the auxiliary heater 62, whereby the activity of the combustion catalyst 56 can be kept constant, Even when the solid oxide fuel cell system 2A is cold-started, the activity of the combustion catalyst 56 can be rapidly expressed.

水蒸気送給ライン44を流れる水蒸気の温度が上昇し、第2温度検知センサ66の検知温度が第3設定温度以上になると、ステップS28からステップS29に進み、コントローラ60Aは補助加熱ヒータ62の作動を停止する。その後はステップS25に戻り、上述したステップS25〜ステップS29が繰り返し行われる。
[第3の実施形態]
次に、図5及び図6を参照して、第3の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムについて説明する。図5は、本発明の第3の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図であり、図6は、図5の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。
When the temperature of the water vapor flowing through the water vapor supply line 44 rises and the temperature detected by the second temperature detection sensor 66 becomes equal to or higher than the third set temperature, the process proceeds from step S28 to step S29, and the controller 60A activates the auxiliary heater 62. Stop. Thereafter, the process returns to step S25, and the above-described steps S25 to S29 are repeated.
[Third Embodiment]
Next, a solid oxide fuel cell system according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a block diagram schematically showing a configuration of a solid oxide fuel cell system according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a control flow of the solid oxide fuel cell system of FIG. It is a flowchart which shows.

図5を参照すると、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム2Bでは、補助加熱ヒータ62Bは第2気化器12Bに内蔵され、補助加熱ヒータ62Bからの熱によって第2気化器12B内の燃焼触媒56が加熱されるように構成されている。また、コントローラ60Bに関連して、補助加熱ヒータ62Bの作動時間を計測するためのタイマ(図示せず)が設けられている。コントローラ60Bは、第1温度検知センサ64Bの検知温度及びタイマの計測時間に基づいて燃料利用率を制御し、第2温度検知センサ66B(加熱制御用温度検知手段を構成する)の検知温度に基づいて補助加熱ヒータ62Bの作動を制御する。第1温度検知センサ64Bの検知温度が第1設定温度(例えば120℃)以上になると、コントローラ60Bは燃料利用率を上昇させて第2設定値(例えば77%)に設定して第2の運転状態となる。この第2の運転状態において、第2温度検知センサ66Bの検知温度が第2設定温度(例えば130℃)(加熱制御用設定温度を構成する)以下になると、コントローラ60Bは補助加熱ヒータ62Bの作動を開始させ、タイマによる時間の計測が開始される。第2温度検知センサ66Bの検知温度が第3設定温度(例えば150℃)以上になった場合には、コントローラ60Bは補助加熱ヒータ62Bの作動を停止させる。あるいは、タイマによる計測時間が所定の設定時間(例えば5分)を超えた場合には、コントローラ60Bは燃料利用率を低下させて第1設定値(例えば65%)に設定して第1の運転状態となり、この第1の運転状態において、第2温度検知センサ66Bの検知温度が第3設定温度以上になると、コントローラ60Bは補助加熱ヒータ62Bの作動を停止させる。   Referring to FIG. 5, in the solid oxide fuel cell system 2B of the present embodiment, the auxiliary heater 62B is built in the second vaporizer 12B, and combustion in the second vaporizer 12B is performed by the heat from the auxiliary heater 62B. The catalyst 56 is configured to be heated. Further, a timer (not shown) for measuring the operation time of the auxiliary heater 62B is provided in association with the controller 60B. The controller 60B controls the fuel utilization rate based on the detection temperature of the first temperature detection sensor 64B and the measurement time of the timer, and based on the detection temperature of the second temperature detection sensor 66B (which constitutes the temperature detection means for heating control). Then, the operation of the auxiliary heater 62B is controlled. When the detected temperature of the first temperature detection sensor 64B becomes equal to or higher than the first set temperature (for example, 120 ° C.), the controller 60B increases the fuel utilization rate and sets the second set value (for example, 77%) to perform the second operation. It becomes a state. In this second operating state, when the temperature detected by the second temperature detection sensor 66B becomes equal to or lower than the second set temperature (for example, 130 ° C.) (which constitutes the set temperature for heating control), the controller 60B operates the auxiliary heater 62B. The time measurement by the timer is started. When the detected temperature of the second temperature detection sensor 66B becomes equal to or higher than a third set temperature (for example, 150 ° C.), the controller 60B stops the operation of the auxiliary heater 62B. Alternatively, when the time measured by the timer exceeds a predetermined set time (for example, 5 minutes), the controller 60B decreases the fuel utilization rate and sets the first set value (for example, 65%) to perform the first operation. In this first operating state, when the temperature detected by the second temperature detection sensor 66B becomes equal to or higher than the third set temperature, the controller 60B stops the operation of the auxiliary heater 62B.

図6をも参照して、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム2Bの発電運転について説明する。固体酸化物形燃料電池システム2Bの定常発電運転においては、まず、上記第1の実施形態と同様に、ステップS41〜ステップS45が行われる。ステップS46において、例えば部分負荷時の低負荷運転状態において第2気化器12Bにおける熱交換温度が低下して、第2温度検知センサ66Bの検知温度が第2設定温度以下になると、ステップS46からステップS47に進み、補助加熱ヒータ62Bの作動が開始されるとともに、タイマによって補助加熱ヒータ62Bの作動時間が計測される(ステップS48)。補助加熱ヒータ62Bが作動されると、補助加熱ヒータ62Bからの熱によって第2気化器12B内を流れる水蒸気が加熱されるとともに、第2気化器12B内の燃焼触媒56が加熱される。このように燃焼触媒56を加熱することにより、燃焼触媒56の活性を一定に保つことができ、また固体酸化物形燃料電池システム2Bの冷起動時においても燃焼触媒56の活性を速やかに発現することができる。   The power generation operation of the solid oxide fuel cell system 2B of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the steady power generation operation of the solid oxide fuel cell system 2B, first, Steps S41 to S45 are performed as in the first embodiment. In step S46, for example, when the heat exchange temperature in the second vaporizer 12B decreases in the low load operation state at the time of partial load, and the detected temperature of the second temperature detection sensor 66B becomes equal to or lower than the second set temperature, the process proceeds from step S46 to step S46. Proceeding to S47, the operation of the auxiliary heater 62B is started, and the operation time of the auxiliary heater 62B is measured by a timer (step S48). When the auxiliary heater 62B is activated, the water vapor flowing in the second vaporizer 12B is heated by the heat from the auxiliary heater 62B, and the combustion catalyst 56 in the second vaporizer 12B is heated. By heating the combustion catalyst 56 in this manner, the activity of the combustion catalyst 56 can be kept constant, and the activity of the combustion catalyst 56 can be quickly expressed even when the solid oxide fuel cell system 2B is cold-started. be able to.

水蒸気送給ライン44を流れる水蒸気の温度が上昇し、タイマの計測時間が設定時間以内において第2温度検知センサ66Bの検知温度が第3設定温度以上になると、ステップS49からステップS50に進み、補助加熱ヒータ62Bの作動が停止されるとともに、タイマがリセットされる(ステップS51)。その後はステップS45に戻る。   When the temperature of the water vapor flowing through the water vapor supply line 44 rises and the temperature detected by the second temperature detection sensor 66B becomes equal to or higher than the third set temperature within the set time of the timer, the process proceeds from step S49 to step S50, and the auxiliary The operation of the heater 62B is stopped and the timer is reset (step S51). Thereafter, the process returns to step S45.

ステップS49において、設定時間が経過しても水蒸気送給ライン44を流れる水蒸気の温度が第3設定温度まで上昇しない、即ち、第2温度検知センサ66Bの検知温度が第3設定温度以下であり且つタイマの計測時間が設定時間を超えると、ステップS49からステップS52を経てステップS53に進む。コントローラ60Bは、燃料電池セルスタック6での燃料利用率を低下させて第1設定値に制御し、固体酸化物形燃料電池システム2Bは第1の運転状態で運転される(ステップS54)。これにより、余剰の燃料ガスの量が増大して燃焼排ガスの保有熱量が増大し、第2気化器12Bにおける熱交換温度を上昇させて、水蒸気送給ライン44を流れる水蒸気の温度を上昇させることができる。   In step S49, even if the set time has elapsed, the temperature of the water vapor flowing through the water vapor supply line 44 does not rise to the third set temperature, that is, the detected temperature of the second temperature detection sensor 66B is equal to or lower than the third set temperature and When the measured time of the timer exceeds the set time, the process proceeds from step S49 to step S53 through step S52. The controller 60B reduces the fuel utilization rate in the fuel cell stack 6 to control the first set value, and the solid oxide fuel cell system 2B is operated in the first operation state (step S54). Thereby, the amount of surplus fuel gas increases, the amount of heat retained in the combustion exhaust gas increases, the heat exchange temperature in the second vaporizer 12B is increased, and the temperature of the steam flowing through the steam supply line 44 is increased. Can do.

水蒸気送給ライン44を流れる水蒸気の温度が上昇し、第2温度検知センサ66Bの検知温度が第3設定温度以上になると、ステップS55からステップS56に進み、補助加熱ヒータ62Bの作動が停止されるとともに、タイマがリセットされる(ステップS57)。その後はステップS44に戻る。   When the temperature of the water vapor flowing through the water vapor supply line 44 rises and the temperature detected by the second temperature detection sensor 66B becomes equal to or higher than the third set temperature, the process proceeds from step S55 to step S56, and the operation of the auxiliary heater 62B is stopped. At the same time, the timer is reset (step S57). Thereafter, the process returns to step S44.

なお、第2気化器12Bの上流側における第2燃焼排ガス排出ライン28に燃焼触媒56を配設するように構成した場合には、燃料電池ハウジング46外に位置する、第2気化器12Bの上流側における第2燃焼排ガス排出ライン28及び水蒸気送給ライン44に補助加熱ヒータ62Bを配設するようにしてもよい。
[第4の実施形態]
次に、図7及び図8を参照して、第4の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムについて説明する。図7は、本発明の第4の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図であり、図8は、図7の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。
When the combustion catalyst 56 is arranged in the second combustion exhaust gas discharge line 28 on the upstream side of the second carburetor 12B, the upstream side of the second carburetor 12B located outside the fuel cell housing 46. You may make it arrange | position the auxiliary heater 62B in the 2nd combustion exhaust gas discharge line 28 and the water vapor | steam supply line 44 in the side.
[Fourth Embodiment]
Next, with reference to FIG.7 and FIG.8, the solid oxide fuel cell system of 4th Embodiment is demonstrated. FIG. 7 is a block diagram schematically showing a configuration of a solid oxide fuel cell system according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a control flow of the solid oxide fuel cell system of FIG. It is a flowchart which shows.

図7を参照すると、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム2Cはコージェネレーションシステムに適用されており、燃焼排ガスの排熱を回収するための排熱回収手段68が設けられている。排熱回収手段68は、第2燃焼排ガス排出ライン28を流れる燃焼排ガスの排熱と水とで熱交換するための排熱回収用熱交換器70と、排熱回収用熱交換器70での熱交換後の温水を貯湯するための貯湯タンク72と、排熱回収用熱交換器70と貯湯タンク72との間で水を循環させるための循環ライン74と、を有している。循環ライン74には、水を送り出すための循環ポンプ76が配設されている。循環ポンプ76が作動すると、貯湯タンク72内の水が循環ライン74を通して流れ、排熱回収用熱交換器70にて循環ライン74を流れる水と第2燃焼排ガス排出ライン28を流れる燃焼排ガスとの間で熱交換が行われる。熱交換により加温された温水は、循環ライン74を通して貯湯タンク72内に流入され、このようにして燃焼排ガスの排熱が温水として貯湯タンク72内に貯えられる。   Referring to FIG. 7, the solid oxide fuel cell system 2C of the present embodiment is applied to a cogeneration system, and is provided with exhaust heat recovery means 68 for recovering exhaust heat of combustion exhaust gas. The exhaust heat recovery means 68 includes an exhaust heat recovery heat exchanger 70 for exchanging heat between exhaust heat of the combustion exhaust gas flowing through the second combustion exhaust gas discharge line 28 and water, and an exhaust heat recovery heat exchanger 70. A hot water storage tank 72 for storing hot water after heat exchange, and a circulation line 74 for circulating water between the heat exchanger for exhaust heat recovery 70 and the hot water storage tank 72 are provided. The circulation line 74 is provided with a circulation pump 76 for feeding water. When the circulation pump 76 is activated, the water in the hot water storage tank 72 flows through the circulation line 74, and the water flowing through the circulation line 74 and the combustion exhaust gas flowing through the second combustion exhaust gas discharge line 28 in the heat exchanger 70 for exhaust heat recovery. Heat exchange takes place between them. The hot water heated by the heat exchange flows into the hot water storage tank 72 through the circulation line 74, and thus the exhaust heat of the combustion exhaust gas is stored in the hot water storage tank 72 as hot water.

なお、排熱回収用熱交換器70は、第2燃焼排ガス排出ライン28における第2気化器12Bの配設部位より下流側に配設するのが好ましい。このように配設することにより、第2気化器12Bの下流側にて燃焼排ガスが排熱回収用熱交換器70により吸熱されるので、第2気化器12Bを流れる燃焼排ガスの温度が高くなり、この第2気化器12Bにて燃焼排ガスの排熱を水(改質用水)の気化に用いることができるとともに、第2気化器12Bにて熱交換に利用された後の燃焼排ガスの排熱を排熱回収用熱交換器70にて効果的に温水として回収することができる。   In addition, it is preferable to arrange | position the heat exchanger 70 for waste heat collection | recovery downstream from the arrangement | positioning site | part of the 2nd vaporizer | carburetor 12B in the 2nd combustion exhaust gas discharge line 28. FIG. By arranging in this way, the combustion exhaust gas is absorbed by the exhaust heat recovery heat exchanger 70 on the downstream side of the second vaporizer 12B, so the temperature of the combustion exhaust gas flowing through the second vaporizer 12B becomes higher. The exhaust heat of the combustion exhaust gas can be used for the vaporization of water (reforming water) in the second vaporizer 12B, and the exhaust heat of the combustion exhaust gas after being used for heat exchange in the second vaporizer 12B. Can be effectively recovered as warm water by the heat exchanger 70 for exhaust heat recovery.

コントローラ60Cは、第1及び第2温度検知センサ64B,66Bの検知温度に基づいて燃料利用率を制御し、第2温度検知センサ66Bの検知温度に基づいて補助加熱ヒータ62Bの作動を制御する。第1温度検知センサ64Bの検知温度が第1設定温度(例えば120℃)以上になると、コントローラ60Cは燃料利用率を上昇させて第2設定値(例えば77%)に設定する。また、第2温度検知センサ66B(加熱制御用温度検知手段及び燃料利用率制御用温度検知手段を構成する)の検知温度が第2設定温度(例えば130℃)(加熱制御用設定温度及び燃料利用率制御用設定温度を構成する)以下になると、コントローラ60Cは補助加熱ヒータ62Bの作動を開始させると同時に、燃料利用率を低下させて第1設定値(例えば65%)に設定し、また第2温度検知センサ66Bの検知温度が第3設定温度(例えば150℃)以上になると、コントローラ60Cは補助加熱ヒータ62Bの作動を停止させると同時に、燃料利用率を上昇させて第2設定値に設定する。   The controller 60C controls the fuel utilization rate based on the detected temperatures of the first and second temperature detection sensors 64B and 66B, and controls the operation of the auxiliary heater 62B based on the detected temperature of the second temperature detection sensor 66B. When the detected temperature of the first temperature detection sensor 64B becomes equal to or higher than the first set temperature (for example, 120 ° C.), the controller 60C increases the fuel utilization rate and sets the second set value (for example, 77%). The detection temperature of the second temperature detection sensor 66B (which constitutes the temperature detection means for heating control and the temperature detection means for fuel utilization rate control) is the second set temperature (for example, 130 ° C.) (the set temperature for heating control and the fuel use). The controller 60C starts the operation of the auxiliary heater 62B at the same time, lowers the fuel utilization rate and sets it to the first set value (for example, 65%). When the temperature detected by the two-temperature detection sensor 66B becomes equal to or higher than a third set temperature (for example, 150 ° C.), the controller 60C stops the operation of the auxiliary heater 62B and simultaneously increases the fuel utilization rate and sets it to the second set value. To do.

図8をも参照すると、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム2Cの発電運転は、次のようにして行われる。固体酸化物形燃料電池システム2Cの定常発電運転においては、まず、上記第1の実施形態と同様に、ステップS61〜ステップS65が行われる。ステップS66において、例えば部分負荷時の低負荷運転状態において第2気化器12Bにおける熱交換温度が低下して、第2温度検知センサ66Bの検知温度が第2設定温度以下になると、ステップS66からステップS67に進み、補助加熱ヒータ62Bの作動が開始されると同時に、燃料利用率が低下されて第1設定値に設定され、固体酸化物形燃料電池システム2Cが第1の運転状態で運転される(ステップS68)。補助加熱ヒータ62Bが作動されることにより、補助加熱ヒータ62Bからの熱によって第2気化器12B内を流れる水蒸気が加熱されるとともに、第2気化器12B内の燃焼触媒56が加熱される。また、燃料利用率が低下されることにより、余剰の燃料ガスの量が増大して燃焼排ガスの保有熱量が増大し、第2気化器12Bにおける熱交換温度が上昇されて、水蒸気送給ライン44を流れる水蒸気の温度が上昇される。   Referring also to FIG. 8, the power generation operation of the solid oxide fuel cell system 2C of the present embodiment is performed as follows. In the steady power generation operation of the solid oxide fuel cell system 2C, first, Steps S61 to S65 are performed as in the first embodiment. In step S66, for example, when the heat exchange temperature in the second vaporizer 12B is lowered in the low load operation state at the time of partial load, and the detected temperature of the second temperature detection sensor 66B becomes equal to or lower than the second set temperature, the steps from step S66 to step S66 are performed. Proceeding to S67, the operation of the auxiliary heater 62B is started, and at the same time, the fuel utilization rate is lowered and set to the first set value, and the solid oxide fuel cell system 2C is operated in the first operation state. (Step S68). By operating the auxiliary heater 62B, the water vapor flowing in the second vaporizer 12B is heated by the heat from the auxiliary heater 62B, and the combustion catalyst 56 in the second vaporizer 12B is heated. Further, as the fuel utilization rate decreases, the amount of surplus fuel gas increases, the amount of heat retained in the combustion exhaust gas increases, the heat exchange temperature in the second vaporizer 12B increases, and the steam supply line 44 increases. The temperature of the water vapor flowing through is increased.

水蒸気送給ライン44を流れる水蒸気の温度が上昇し、第2温度検知センサ66Bの検知温度が第3設定温度以上になると、ステップS69からステップS70に進み、補助加熱ヒータ62Bの作動が停止されると同時に、燃料利用率が上昇されて第2設定値に設定され、固体酸化物形燃料電池システム2Cが第2の運転状態で運転される(ステップS65)。   When the temperature of the water vapor flowing through the water vapor supply line 44 rises and the temperature detected by the second temperature detection sensor 66B becomes equal to or higher than the third set temperature, the process proceeds from step S69 to step S70, and the operation of the auxiliary heater 62B is stopped. At the same time, the fuel utilization rate is increased and set to the second set value, and the solid oxide fuel cell system 2C is operated in the second operation state (step S65).

なお、第2気化器12Bの上流側における第2燃焼排ガス排出ライン28に燃焼触媒56を配設するように構成した場合には、燃料電池ハウジング46外に位置する、第2気化器12Bの上流側における第2燃焼排ガス排出ライン28及び水蒸気送給ライン44に補助加熱ヒータ62Bを配設するようにしてもよい。   When the combustion catalyst 56 is arranged in the second combustion exhaust gas discharge line 28 on the upstream side of the second carburetor 12B, the upstream side of the second carburetor 12B located outside the fuel cell housing 46. You may make it arrange | position the auxiliary heater 62B in the 2nd combustion exhaust gas discharge line 28 and the water vapor | steam supply line 44 in the side.

以上、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システム及びこれを備えたコージェネレーションシステムの各種実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。   The various embodiments of the solid oxide fuel cell system and the cogeneration system including the solid oxide fuel cell system according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to such embodiments and departs from the scope of the present invention. Various modifications or corrections can be made without any problem.

例えば、2系統の水供給ライン(改質用水供給源、水供給ポンプなどを含む)を設けるように構成し、一方の水供給ラインからの水を第1気化器10に供給し、他方の水供給ラインからの水を第2気化器12(12B)に供給するようにしてもよい。かかる場合には、第2気化器12(12B)を水蒸気送給ライン44を介して改質器4に接続し、第2気化器12(12B)からの水蒸気を水蒸気送給ライン44を通して改質器4に送給するように構成してもよい。   For example, two water supply lines (including a reforming water supply source, a water supply pump, etc.) are provided, and water from one water supply line is supplied to the first vaporizer 10 and the other water is supplied. You may make it supply the water from a supply line to the 2nd vaporizer | carburetor 12 (12B). In such a case, the second vaporizer 12 (12B) is connected to the reformer 4 through the steam supply line 44, and the steam from the second vaporizer 12 (12B) is reformed through the steam supply line 44. You may comprise so that it may send to the device 4.

また例えば、上記各実施形態では、燃料ガス供給ライン30を第1気化器10に接続しているが、このような構成に代えて、この燃料ガス供給ライン30を改質器4に接続し、燃料ガス供給源32からの燃料ガスを改質器4に直接的に送給するようにしてもよい。   Further, for example, in each of the above embodiments, the fuel gas supply line 30 is connected to the first vaporizer 10, but instead of such a configuration, the fuel gas supply line 30 is connected to the reformer 4, The fuel gas from the fuel gas supply source 32 may be directly supplied to the reformer 4.

2,2A,2B,2C 固体酸化物形燃料電池システム
4 改質器
6 燃料電池セルスタック
10 第1気化器
12,12B 第2気化器
24 燃焼室
34 脱硫器
35 燃料ガス供給用ポンプ
36 燃料流量センサ
46 燃料電池ハウジング
56 燃焼触媒
58 温度検知センサ
60,60A,60B,60C コントローラ
62,62A 補助加熱ヒータ
64,64B 第1温度検知センサ
66,66B 第2温度検知センサ
68 排熱回収手段
70 排熱回収用熱交換器
72 貯湯タンク
74 循環ライン











2, 2A, 2B, 2C Solid oxide fuel cell system 4 Reformer 6 Fuel cell stack 10 First vaporizer 12, 12B Second vaporizer 24 Combustion chamber 34 Desulfurizer 35 Fuel gas supply pump 36 Fuel flow rate Sensor 46 Fuel cell housing 56 Combustion catalyst 58 Temperature detection sensor 60, 60A, 60B, 60C Controller 62, 62A Auxiliary heater 64, 64B First temperature detection sensor 66, 66B Second temperature detection sensor 68 Waste heat recovery means 70 Waste heat Heat exchanger for recovery 72 Hot water storage tank 74 Circulation line











Claims (6)

炭化水素系燃料ガスと水蒸気とで改質反応させるための改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元により発電を行うための複数個の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックにおいて発電に寄与しない余剰の燃料ガスを燃焼させるための燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するために断熱材で覆われた燃料電池ハウジングと、前記燃焼室からの燃焼排ガスを前記燃料電池ハウジング外に排出するための燃焼排ガス排出ラインと、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
水を気化させて前記改質器へ送給する水蒸気を生成するための第1気化器及び第2気化器が設けられ、前記第1気化器は、前記燃焼室における余剰の燃料ガスの燃焼により加熱されるように前記燃料電池ハウジング内に収容され、前記第2気化器は、前記燃焼排ガス排出ラインを通して流れる燃焼排ガスにより加熱されるように前記燃料電池ハウジング外に配設されており、
前記燃料電池ハウジング外に位置する前記第2気化器又はその上流側における前記燃焼排ガス排出ラインには、燃焼排ガス中に含まれる可燃成分を燃焼させるための燃焼触媒が配設されており、
更に、前記第2気化器に関連して、前記第2気化器にて生成された水蒸気の温度を検知するための燃料利用率制御用温度検知手段及び前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を制御するための制御手段が設けられ、前記燃料利用率制御用温度検知手段の検知温度が燃料利用率制御用設定温度よりも低下すると、前記制御手段は、前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を低下させることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。
A reformer for reforming reaction with hydrocarbon-based fuel gas and steam, and a plurality of units for generating power by oxidation and reduction of the reformed fuel gas and the oxidizing material reformed by the reformer. A fuel cell stack including fuel cells, a combustion chamber for burning surplus fuel gas that does not contribute to power generation in the fuel cell stack, the reformer, the fuel cell stack, and the combustion chamber. A solid oxide fuel cell system comprising: a fuel cell housing covered with a heat insulating material for housing; and a combustion exhaust gas discharge line for discharging combustion exhaust gas from the combustion chamber to the outside of the fuel cell housing. There,
A first vaporizer and a second vaporizer are provided for vaporizing water to be supplied to the reformer, and the first vaporizer is formed by combustion of excess fuel gas in the combustion chamber. The second carburetor is disposed outside the fuel cell housing so as to be heated by the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas discharge line .
A combustion catalyst for combusting combustible components contained in the combustion exhaust gas is disposed in the second carburetor located outside the fuel cell housing or the combustion exhaust gas exhaust line on the upstream side thereof ,
Further, in relation to the second vaporizer, a fuel utilization rate control temperature detecting means for detecting the temperature of water vapor generated in the second vaporizer, and a fuel utilization rate in the fuel cell stack. Control means for controlling is provided, and when the temperature detected by the fuel utilization rate control temperature detection means is lower than the set temperature for fuel utilization rate control, the control means is configured to use the fuel utilization rate in the fuel cell stack. solid oxide fuel cell system characterized by lowering.
前記第2気化器により生成された水蒸気の温度を検知するための加熱制御用温度検知手段と、前記第2気化器により生成された水蒸気を補助的に加熱するための補助加熱手段と、を備え、前記加熱制御用温度検知手段の検知温度が加熱制御用設定温度よりも低下すると、前記補助加熱手段が作動され、前記第2気化器により生成された水蒸気が前記補助加熱手段によって加熱されることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システム。 A heating control temperature detecting means for detecting the temperature of the water vapor generated by the second vaporizer; and an auxiliary heating means for auxiliary heating of the water vapor generated by the second vaporizer. When the temperature detected by the temperature control means for heating control is lower than the set temperature for heating control, the auxiliary heating means is activated, and the water vapor generated by the second vaporizer is heated by the auxiliary heating means. The solid oxide fuel cell system according to claim 1. 前記補助加熱手段は、前記第2気化器に配設され、前記第2気化器により生成された水蒸気及び前記第2気化器に配設された前記燃焼触媒を加熱することを特徴とする請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池システム。 The auxiliary heating means is disposed in the second vaporizer, and heats the water vapor generated by the second vaporizer and the combustion catalyst disposed in the second vaporizer. 3. The solid oxide fuel cell system according to 2. 前記第2気化器により生成された水蒸気を前記改質器に送給するための水蒸気送給ラインを備え、前記補助加熱手段は、前記燃料電池ハウジング外に位置する前記第2気化器の上流側における前記燃焼排ガス排出ラインの所定部位に配設され、前記水蒸気送給ラインを流れる水蒸気及び前記燃焼排ガス排出ラインの前記所定部位に配設された前記燃焼触媒を加熱することを特徴とする請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池システム。 A water vapor supply line for supplying water vapor generated by the second vaporizer to the reformer; and the auxiliary heating means is located upstream of the second vaporizer located outside the fuel cell housing. The steam disposed in the predetermined part of the combustion exhaust gas discharge line in the combustion chamber, and the steam flowing through the steam supply line and the combustion catalyst disposed in the predetermined part of the combustion exhaust gas discharge line are heated. 3. The solid oxide fuel cell system according to 2. 炭化水素系燃料ガスと水蒸気とで改質反応させるための改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元により発電を行うための複数個の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックにおいて発電に寄与しない余剰の燃料ガスを燃焼させるための燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するために断熱材で覆われた燃料電池ハウジングと、前記燃焼室からの燃焼排ガスを前記燃料電池ハウジング外に排出するための燃焼排ガス排出ラインと、前記燃焼排ガス排出ラインより排出される燃焼排ガスの排熱を温水として回収するための排熱回収手段と、を備え、前記排熱回収手段は、前記燃焼排ガス排出ラインより排出される燃焼排ガスの排熱と水とで熱交換するための排熱回収用熱交換器と、前記排熱回収用熱交換器での熱交換後の温水を貯湯する貯湯タンクと、前記排熱回収用熱交換器と前記貯湯タンクとの間で水を循環させるための循環ラインと、を有するコージェネレーションシステムであって、
水を気化させて前記改質器へ送給する水蒸気を生成するための第1気化器及び第2気化器が設けられ、前記第1気化器は、前記燃焼室における余剰の燃料ガスの燃焼により加熱されるように前記燃料電池ハウジング内に収容され、前記第2気化器は、前記燃焼排ガス排出ラインを通して流れる燃焼排ガスにより加熱されるように前記燃料電池ハウジング外に配設されており、
前記燃料電池ハウジング外に位置する前記第2気化器又はその上流側における前記燃焼排ガス排出ラインには、燃焼排ガス中に含まれる可燃成分を燃焼させるための燃焼触媒が配設されており、
更に、前記第2気化器に関連して、前記第2気化器にて生成された水蒸気の温度を検知するための燃料利用率制御用温度検知手段及び前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を制御するための制御手段が設けられ、前記燃料利用率制御用温度検知手段の検知温度が燃料利用率制御用設定温度よりも低下すると、前記制御手段は、前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を低下させることを特徴とするコージェネレーションシステム。
A reformer for reforming reaction with hydrocarbon-based fuel gas and steam, and a plurality of units for generating power by oxidation and reduction of the reformed fuel gas and the oxidizing material reformed by the reformer. A fuel cell stack including fuel cells, a combustion chamber for burning surplus fuel gas that does not contribute to power generation in the fuel cell stack, the reformer, the fuel cell stack, and the combustion chamber. A fuel cell housing covered with a heat insulating material for housing, a combustion exhaust gas discharge line for discharging the combustion exhaust gas from the combustion chamber to the outside of the fuel cell housing, and a combustion exhaust gas discharged from the combustion exhaust gas discharge line Exhaust heat recovery means for recovering the exhaust heat of the exhaust gas as hot water, wherein the exhaust heat recovery means comprises the exhaust heat and water of the combustion exhaust gas discharged from the combustion exhaust gas discharge line. An exhaust heat recovery heat exchanger for exchange, a hot water storage tank for storing hot water after heat exchange in the exhaust heat recovery heat exchanger, and between the exhaust heat recovery heat exchanger and the hot water storage tank A cogeneration system having a circulation line for circulating water at
A first vaporizer and a second vaporizer are provided for vaporizing water to be supplied to the reformer, and the first vaporizer is formed by combustion of excess fuel gas in the combustion chamber. The second carburetor is disposed outside the fuel cell housing so as to be heated by the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas discharge line .
A combustion catalyst for combusting combustible components contained in the combustion exhaust gas is disposed in the second carburetor located outside the fuel cell housing or the combustion exhaust gas exhaust line on the upstream side thereof ,
Further, in relation to the second vaporizer, a fuel utilization rate control temperature detecting means for detecting the temperature of water vapor generated in the second vaporizer, and a fuel utilization rate in the fuel cell stack. Control means for controlling is provided, and when the temperature detected by the fuel utilization rate control temperature detection means is lower than the set temperature for fuel utilization rate control, the control means is configured to use the fuel utilization rate in the fuel cell stack. Cogeneration system characterized by lowering
前記排熱回収用熱交換器は、前記第2気化器よりも下流側における前記燃焼排ガス排出ラインに配設されていることを特徴とする請求項に記載のコージェネレーションシステム。 The cogeneration system according to claim 5 , wherein the heat exchanger for exhaust heat recovery is disposed in the combustion exhaust gas discharge line on the downstream side of the second vaporizer.
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