JP5886483B1 - 固体酸化物形燃料電池システム及びその停止方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第1実施形態の固体酸化物形燃料電池システムは、アノードガス流路とカソードガス流路とを備える固体酸化物形燃料電池と、前記アノードガス流路から排出されるアノードオフガスと前記カソードガス流路から排出されるカソードオフガスとを混合する混合器と、を備える、燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットに発電原料を供給する発電原料供給器と、前記発電原料供給器から前記アノードガス流路の下流端に至る可燃性ガス流路と、前記カソードガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、前記燃料電池ユニットの発電停止後に、前記発電原料供給器を制御して前記可燃性ガス流路の容積以上の体積の発電原料を前記可燃性ガス流路に供給し、同時に、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記カソードガス流路に酸化剤ガスを供給する、制御器と、を備える。
図1は、第1実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。以下、図1を参照しつつ、第1実施形態の固体酸化物形燃料電池システム1について説明する。
図2は、第1実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの停止方法の一例を示すフローチャートである。以下、図2を参照しつつ、第1実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの停止方法を説明する。図2に示す停止方法は、例えば、制御器50が発電原料供給器14と酸化剤ガス供給器22とを制御することにより実行されうる。
図3は、第1変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システムの停止方法の一例を示すフローチャートである。以下、図3を参照しつつ、第1変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システムの停止方法を説明する。図3に示す停止方法は、例えば、制御器50が発電原料供給器14と酸化剤ガス供給器22とを制御することにより実行されうる。
図4は、第2変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システムの停止方法の一例を示すフローチャートである。以下、図4を参照しつつ、第2変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システムの停止方法を説明する。図4に示す停止方法は、例えば、制御器50が発電原料供給器14と酸化剤ガス供給器22とを制御することにより実行されうる。なお、本変形例は、上述した、混合器24の燃焼部において点火器を備える場合の例である。
図5は、第1実施例にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。以下、図5を参照しつつ、第1実施例にかかる固体酸化物形燃料電池システム100について説明する。
第2実施形態の固体酸化物形燃料電池システムは、第1実施形態の固体酸化物形燃料電池システムにおいて、燃料電池ユニットが、発電原料供給器から供給される発電原料中の硫黄化合物を除去する水添脱硫器を備えるものである。
図7は、第2実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。以下、図7を参照しつつ、第2実施形態の固体酸化物形燃料電池システム2について説明する。
第2実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの停止方法は、第1実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
図8は、第2実施例にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。以下、図8を参照しつつ、第2実施例にかかる固体酸化物形燃料電池システム200について説明する。
ところで、固体酸化物形燃料電池システムの運転を停止させる際に実行する運転停止工程において、高温で動作している固体酸化物形燃料電池および改質器などを所定温度まで冷却させるとともに、改質器内部、燃料電池内部、および水素含有ガスを流通させる流路内に残留している水素含有ガスのパージを行う必要がある。なぜならば、残留した水素含有ガスは水蒸気を含むため、冷却過程において温度が露点以下になると水が凝縮してしまう。そして、この凝縮水が改質器または脱硫器それぞれに充填された触媒の耐久性を著しく低下させてしまう原因となるからである。
まず、図10を参照して本発明の第3実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システム3の構成について説明する。図10は、本発明の第3実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システム3の概略構成の一例を示すブロック図である。
次に、第3実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システム3の運転停止工程の具体例について、図11および図12を参照して説明する。図11は、本発明の第3実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システム3の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、不図示の記憶部に記憶されたプログラムを制御器350が読み出し、実行することにより実現されうる。
次に、本発明の第4実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システム4について説明する。固体酸化物形燃料電池システム4は、第3実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システム3の構成において、発電原料中の硫黄化合物を除去する水添脱硫器442および水添脱硫器442を加熱させる加熱器413をさらに備えた構成となっている。
上記した本発明の第4実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システム4のより具体的な構成について図13を参照して説明する。図13は、本発明の第4実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システム4の概略構成の一例を示すブロック図である。
第4実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システム4の運転停止工程の具体例について、図14および図15を参照して説明する。図14は、本発明の第4実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システム4の運転停止工程の一例を示すフローチャートである。フローチャートに示す動作は、例えば、不図示の記憶部に記憶されたプログラムを制御器450が読み出し、実行することにより実現されうる。
2 固体酸化物形燃料電池システム
3 固体酸化物形燃料電池システム
4 固体酸化物形燃料電池システム
10 固体酸化物形燃料電池
12 燃料電池ユニット
14 発電原料供給器
16 アノードガス流路
18 可燃性ガス流路
20 カソードガス流路
22 酸化剤ガス供給器
24 混合器
26 水添脱硫器
50 制御器
100 固体酸化物形燃料電池システム
110 固体酸化物形燃料電池
112 燃料電池ユニット
114 発電原料供給器
118 可燃性ガス流路
120 カソードガス流路
122 酸化剤ガス供給器
124 混合器
125 点火器
126 改質器
128 脱硫器
130 改質水供給器
132 排気部
134 第1弁
136 バイパス流路
137 第2弁
138 第1脱硫器
140 リサイクルガス流路
141 第3弁
142 第2脱硫器
150 制御器
200 固体酸化物形燃料電池システム
310 固体酸化物形燃料電池
312 燃料電池ユニット
314 発電原料供給器
316 アノードガス流路
317 排ガス流路
318 可燃性ガス流路
319 酸化剤ガス流路
320 カソードガス流路
322 酸化剤ガス供給器
324 混合器
325 点火器
326 改質器
327 燃焼部
350 制御器
410 固体酸化物形燃料電池
412 燃料電池ユニット
413 加熱器
414 発電原料供給器
415 リサイクル流路
417 排ガス流路
418 可燃性ガス流路
419 酸化剤ガス流路
420 カソードガス流路
422 酸化剤ガス供給器
424 混合器
425 点火器
426 改質器
427 燃焼部
442 水添脱硫器
450 制御器
Claims (11)
- アノードガス流路とカソードガス流路とを備える固体酸化物形燃料電池と、前記アノードガス流路から排出されるアノードオフガスと前記カソードガス流路から排出されるカソードオフガスとを混合する混合器と、を備える、燃料電池ユニットと、
前記燃料電池ユニットに発電原料を供給する発電原料供給器と、
前記発電原料供給器から前記アノードガス流路の下流端に至る可燃性ガス流路と、
前記カソードガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、
前記燃料電池ユニットの発電停止後に、前記発電原料供給器を制御して前記可燃性ガス流路の容積以上の体積の発電原料を前記可燃性ガス流路に供給し、同時に、前記酸化剤ガス供給器を制御して前記カソードガス流路に酸化剤ガスを供給する、制御器と、を備え、
前記制御器は、前記燃料電池ユニットの発電停止後に前記カソードガス流路に供給される酸化剤ガスの体積が、前記カソードガス流路の容積以上となるように、かつ、前記燃料電池ユニットの発電停止後に前記可燃性ガス流路への発電原料の供給を停止した後も、前記カソードガス流路への酸化剤ガスの供給が継続されるように、前記酸化剤ガス供給器を制御する、
固体酸化物形燃料電池システム。 - 前記混合器は、アノードオフガスとカソードオフガスとの混合ガスを燃焼させる点火器を備え、
前記制御器は、前記燃料電池ユニットの発電停止後に、アノードオフガスとカソードオフガスとの混合ガスを燃焼させるように前記点火器を制御する、
請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システム。 - 前記酸化剤ガス供給器から前記カソードガス流路の下流端に至る流路であり、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路を備え、
前記制御器は、固体酸化物形燃料電池システムの運転停止工程において、前記酸化剤ガス供給器が前記酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス流路を通じて供給させるとともに、前記発電原料供給器が前記発電原料を、前記可燃性ガス流路を通じて間欠的に供給させ、前記点火器が前記発電原料の間欠的な供給に伴い前記混合器に間欠的に排出される前記アノードオフガスに着火するように制御する請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池システム。 - 前記燃料電池ユニットは、前記発電原料を改質し、水素含有ガスを生成する改質器を備え、
前記制御器は、前記改質器の温度が、前記発電原料が熱分解する温度未満となるように、前記燃料電池ユニットに酸化剤ガスを供給させつつ、前記燃料電池ユニットに前記発電原料を間欠的に供給させるように、前記酸化剤ガス供給器および前記発電原料供給器を制御する、請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記固体酸化物形燃料電池の温度が、発電原料が熱分解する温度未満となるように、前記燃料電池ユニットに酸化剤ガスを供給させつつ、前記燃料電池ユニットに前記発電原料を間欠的に供給させるように、前記酸化剤ガス供給器および前記発電原料供給器を制御する、請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 前記燃料電池ユニットは、前記発電原料を改質し、水素含有ガスを生成する改質器を備え、
前記制御器は、前記改質器の温度および前記固体酸化物形燃料電池の温度が、発電原料が熱分解する温度未満となるように、前記燃料電池ユニットに酸化剤ガスを供給させつつ、前記燃料電池ユニットに前記発電原料を間欠的に供給させるように、前記酸化剤ガス供給器および前記発電原料供給器を制御する、請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記改質器の温度が、発電原料が熱分解する温度未満、且つ、水分が蒸気として存在する温度の下限温度まで下がった時、前記燃料電池ユニットに前記酸化剤ガスを供給させつつ、前記燃料電池ユニットに前記発電原料の供給を開始させるように、前記酸化剤ガス供給器および前記発電原料供給器を制御する、請求項4または6に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 前記燃料電池ユニットは、前記発電原料供給器から供給される発電原料中の硫黄化合物を除去する水添脱硫器を備える、請求項1−7のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 前記水添脱硫器は、前記アノードオフガスとカソードオフガスとの混合ガスを燃焼させた排熱により加熱される、請求項8に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 前記制御器は、前記水添脱硫器の温度が、発電原料が熱分解する温度未満、且つ、水分が蒸気として存在する温度の下限温度まで下がった時、前記燃料電池ユニットに前記酸化剤ガスを供給させつつ、前記燃料電池ユニットに前記発電原料の供給を開始させるように、前記酸化剤ガス供給器および前記発電原料供給器を制御する、請求項8または9に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 固体酸化物形燃料電池を含む燃料電池ユニットの発電を停止するステップと、
発電原料供給器から前記固体酸化物形燃料電池のアノードガス流路の下流端に至る流路を可燃性ガス流路とするとき、前記燃料電池ユニットの発電停止後に、前記可燃性ガス流路の容積以上の体積の発電原料を前記可燃性ガス流路に供給し、同時に、前記固体酸化物形燃料電池のカソードガス流路に酸化剤ガスを供給するステップと、
前記アノードガス流路から排出されるアノードオフガスと前記カソードガス流路から排出されるカソードオフガスとを混合して燃焼させるステップと、
を含み、
前記燃料電池ユニットの発電停止後に前記可燃性ガス流路への発電原料の供給を開始する時の前記固体酸化物形燃料電池の温度が100℃以上かつ400℃以下である、
固体酸化物形燃料電池システムの停止方法。
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