JP5789780B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法 - Google Patents
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Description
第1実施形態の燃料電池システムは、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、改質器において生成された水素含有ガス中のアンモニアを燃料電池に供給される前に除去するアンモニア除去器と、アンモニア除去器と大気とを連通させる流体流路と、流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁と、アンモニア除去器の水抜き処理において、開閉弁を開放するように構成されている制御器とを備える。
第1実施形態の変形例の燃料電池システムは、上記第1実施形態の燃料電池システムにおいて、アンモニア除去器が、アンモニア除去器の上方より落下する水と水素含有ガスとを接触させて、アンモニアを除去するよう構成されている。
(第2実施形態)
第2実施形態の燃料電池システムは、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、改質器において生成された水素含有ガス中のアンモニアを燃料電池に供給される前に除去するアンモニア除去器と、アンモニア除去器と大気とを連通させる流体流路と、流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁と、アンモニア除去器の水張り処理において、開閉弁を開放するように構成されている制御器とを備える。
図3は、第2実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
上述のように構成された燃料電池システム100Bのアンモニア除去器の水張り処理を説明する。以下の動作は制御器80の制御により遂行される。
第2実施形態の第1変形例の燃料電池システムは、改質器より送出される水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給器とをさらに備え、流体流路は、アンモニア除去器より下流かつ燃焼器を経由する流路であり、制御器は、開閉弁の開放時に空気供給器を動作させるように構成されていてもよい。
第2実施形態の第2変形例の燃料電池システムは、上記第2実施形態の燃料電池システムにおいて、水とアンモニアと水を接触させることで除去するアンモニア除去器の一例として、アンモニア除去器が、アンモニア除去器の上方より落下する水と水素含有ガスとを接触させて、アンモニアを除去するよう構成されている。
第2実施形態の第3変形例の燃料電池システムは、アンモニア除去器が、アンモニア除去器の上方より落下する水と水素含有ガスとを接触させて、アンモニアを除去するよう構成される他の例である。
第3実施形態の燃料電池システムは、第1実施形態1及びその変形例のいずれかの燃料電池システムにおいて、改質器で生成した水素含有ガスを燃料電池をバイパスして、燃焼器に供給するバイパス流路を備え、流体流路は、バイパス流路を経由するよう構成されている。
第4実施形態の燃料電池システムは、第2実施形態及びその変形例のいずれかの燃料電池システムにおいて、改質器で生成した水素含有ガスを燃料電池をバイパスして、燃焼器に供給するバイパス流路を備え、流体流路は、バイパス流路を経由するよう構成されている。
第5実施形態にかかる燃料電池システムは、第1実施形態−第4実施形態及びこれらの変形例のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、流体流路が、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路である。
第6実施形態にかかる燃料電池システムは、第1実施形態−第5実施形態及びこれらの変形例のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、流体流路が、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路である。
第7実施形態にかかる燃料電池システムは、第1実施形態−第6実施形態及びこれらの変形例のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、流体流路が、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路である。
第8実施形態にかかる燃料電池システムは、第1実施形態−第7実施形態及びこれらの変形例のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、流体流路が、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路である。
第8実施形態の変形例にかかる燃料電池システムは、上記第8実施形態の燃料電池システムにおいて、制御器が、アンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁の開放時に酸化剤ガスとして空気を供給する空気供給器を動作させるように構成されている。
第9実施形態にかかる燃料電池システムは、第1実施形態−第8実施形態及びこれらの変形例のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、流体流路が、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路である。
第10実施形態にかかる燃料電池システムは、第1実施形態−第9実施形態及びこれらの変形例のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、流体流路が、水素含有ガスと異なる流体が大気に排出されるように構成されている流路である。
上記第1乃至第10実施形態では、水素含有ガス生成部が改質器1のみを備える構成を例示したが、水素含有ガス生成部が改質器1に加えて、変成器、酸化器、メタン化反応器等を備えてもよい。ここで、よく知られているように、変成器は水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減し、酸化器は水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減し、メタン化反応器は水素含有ガス中の一酸化炭素をメタン化反応により低減する。かかる構成では、これらの反応器はアンモニア除去器5と燃料電池6との間に配置され、これらの反応に用いる触媒がアンモニアによって被毒されるのが軽減される。
第11実施形態の燃料電池システムは、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、改質器において生成された水素含有ガスを水と接触させることで燃料電池に供給される前の水素含有ガス中のアンモニアを除去するアンモニア除去器と、アンモニア除去器と大気とを連通させる流体流路と、流体流路に設けられアンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁と、アンモニア除去器の水抜き処理および水張り処理の少なくともいずれか一方において、開閉弁を開放するように構成されている制御器とを備える。
第11実施形態の変形例の燃料電池システムは、上記流体流路が、水素含有ガスが流れる流路であり、改質器から燃焼器に至るまでの流路より分岐した分岐路を備える。
2 第1の水供給器
3 原料供給器
4 燃焼器
5、5’ アンモニア除去器
6 燃料電池
7 第2の水供給器
8 第1開閉弁
9 水タンク
10 燃焼用空気供給器
11 酸化剤ガス供給器
12 第3開閉弁
13 第4開閉弁
14 第5開閉弁
15 第6開閉弁
16 水散布器
17 第2開閉弁
19 水タンク
20 水タンク
21 第1の水流路
22 原料流路
23 流路
24 第1燃料ガス流路
25 第2燃料ガス流路
26 アノード側流路
27 カソード側流路
28 燃料排ガス流路
29 燃焼排ガス流路
30 分岐路
31、32、34 流路
33 分岐路
42 給水路
50 安全機構
51 第1安全弁
52 第2安全弁
61 蒸発部
62 改質部
74 水循環流路
75 水供給器
80 制御器
88 筐体
100、200、300、400、500、600 燃料電池システム
Claims (10)
- 原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器より送出された水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、
水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記改質器において生成された水素含有ガス中のアンモニアを前記燃料電池に供給される前に除去するアンモニア除去器と、
前記改質器及び前記燃焼器の少なくともいずれか一方を経由して前記アンモニア除去器と大気とを連通させる流体流路と、
前記流体流路に設けられ前記アンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁と、
前記アンモニア除去器の水抜き処理および水張り処理の少なくともいずれか一方において、前記開閉弁を開放するように構成されている制御器とを備える、燃料電池システム。 - 前記流体流路は、前記燃焼器を経由して前記アンモニア除去器と大気とを連通させる流路であり、かつ、前記燃料電池から排出される燃料排ガスを通流させる燃料排ガス流路を備え、
前記開閉弁は、前記燃料排ガス流路に設けられている、
請求項1記載の燃料電池システム。 - 前記流体流路は、前記燃焼器を経由して前記アンモニア除去器と大気とを連通させる流路であり、かつ、前記燃料電池をバイパスして前記燃焼器へと前記水素含有ガスを供給するためのバイパス流路を備え、
前記開閉弁は、前記バイパス流路に設けられている、
請求項1または2記載の燃料電池システム。 - 前記流体流路は、前記改質器を経由して前記アンモニア除去器と大気とを連通させる流路であり、かつ、前記改質器に供給される原料が流れる原料流路から分岐した流路を備え、
前記開閉弁は、前記原料流路から分岐した前記流路に設けられている、
請求項1ないし3のいずれか記載の燃料電池システム。 - 前記流体流路は、前記改質器を経由して前記アンモニア除去器と大気とを連通させる流路であり、かつ、水蒸気を生成して前記改質器へと供給する蒸発器に水を供給する水供給路から分岐した流路を備え、
前記開閉弁は、前記水供給路から分岐した前記流路に設けられている、
請求項1ないし3のいずれか記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池システムにおける排ガスから回収した水を貯えるとともに大気開放された水タンクを備え、前記流体流路は、前記水タンクに接続されている、請求項1ないし5のいずれかに記載の燃料電池システム。
- 前記燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器をさらに備え、
前記流体流路は、アンモニア除去器より下流かつ前記燃焼器を経由する流路であり、
前記制御器は、前記開閉弁の開放時に前記空気供給器を動作させるように構成されている、請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器をさらに備え、
前記水タンクは前記燃焼器から排出される燃焼排ガスより除去された水が流れる流路を通じて前記燃焼排ガスの流路と連通しており、
前記制御器は、前記開閉弁の開放時に前記空気供給器を動作させるように構成されている、請求項6に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池に酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給器を備え、
前記水タンクは、前記燃料電池より排出されたオフ酸化剤ガスより除去された水を貯えるタンクであり、
前記制御器は、前記開閉弁の開放時に前記空気供給器を動作させるように構成されている、請求項6に記載の燃料電池システム。 - アンモニア除去器により改質器において生成された水素含有ガス中のアンモニアを燃料電池に供給される前に除去するステップと、
前記アンモニア除去器内の水を燃料電池システム外部に排出する水抜き処理および前記アンモニア除去器内に水を張る水張り処理の少なくともいずれか一方を行うステップと、
前記水抜き処理および前記水張り処理の少なくともいずれか一方において、前記改質器及び前記水素含有ガスを燃焼する燃焼器の少なくともいずれか一方を経由して前記アンモニア除去器を大気と連通させる流体流路に設けられ前記アンモニア除去器と大気とを連通および遮断するための開閉弁を開放するステップとを有する、燃料電池システムの運転方法。
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