JP5903573B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
る。メタン化反応は、燃料ガス中の一酸化炭素と水素とが反応してメタンが生成される反応と、改質ガス中の二酸化炭素と水素とが反応してメタンが生成される反応とを含む。このメタン化反応は発熱反応であるため、この反応によっても選択酸化触媒層温度が上昇する。
器を備え、原料と水と空気を用いて水素を含有する燃料ガスを生成する水素生成器と、選択酸化器の温度を検知する温度検知器と、水素生成器に原料を供給する原料供給器と、水素生成器に水を供給する水供給器と、選択酸化器に空気を供給する空気供給器と、燃料電池、原料供給器、水供給器及び空気供給器を制御する制御器とを備える燃料電池システムである。かかる構成にすると、制御器は選択酸化器の温度が第1の所定温度以上になると、選択酸化器の温度が第1の所定温度以上になる前に比べて、水素生成器に供給される原料の最大流量が小さくなるように制御することとなり、選択酸化器での酸化発熱量を小さくすることができるため熱暴走を防止することができる。
るため、空気の流量上限を元に戻すことができる。
図1は、本発明の本実施の形態1における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
システム外に残余燃料ガスを排出するように配されている。空気供給流路12は上流側が第2のポンプ11に接続され、下流側が選択酸化器10に接続されている。水供給流路15は上流側が水供給源に接続され、下流側が水素生成器2に接続されている。
検知する選択酸化器10の選択酸化触媒層温度が、「第1の所定温度(例えば190℃)」以上になると、制御器18は水素生成器2に供給される原料の最大流量が小さくなるよう再設定し、その範囲内で第2のポンプ11の駆動量を変化させる。なお、第1の所定温度は、メタン化反応が急激に起こる限界温度よりも低く設定されている。
図2は、本発明の実施の形態2における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図2において、図1と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
。制御器18はさらに、温度センサ17が検知する選選択酸化器10の選択酸化触媒層温度が第2の所定温度(例えば180℃)に対して高いか低いかを判定(S104)し、第2の所定温度以上の場合はステップS103に戻る。一方ステップS104において温度センサ17が検知する選選択酸化器10の選択酸化触媒層温度が第2の所定温度より低くなった場合は、制御器18は、インバータ23からの出力電力量の上限を第1の発電量上限値として出力するように制御を行なう(S105)。
次に、本発明の実施の形態3における燃料電池システムに関して、図1に示す燃料電池システムの構成を示すブロック図および、図4に示す原料流量制御フローチャートを用いて、具体的な動作の一例について説明する。
03)。制御器18はさらに、温度センサ17が検知する選選択酸化器10の選択酸化触媒層温度が第2の所定温度(例えば180℃)に対して高いか低いかを判定(S204)し、第2の所定温度以上の場合はステップS203に戻る。一方ステップS204において温度センサ17が検知する選選択酸化器10の選択酸化触媒層温度が第2の所定温度より低くなった場合は、制御器18は、水素生成器2への原料流量の上限を第1の原料流量上限値として供給するように制御を行なう(S205)。
次に、本発明の実施の形態4における燃料電池システムに関して、図1に示す燃料電池システムの構成を示すブロック図および、図5に示す空気流量制御フローチャートを用いて、本実施の形態における燃料電池発電システムにおける、本実施の形態における燃料電池発電システムにおける、第2の発明および第3の発明に関する具体的な動作の一例について説明する。なお本実施の形態における制御器18は実施の形態1に示す制御器18に加えてさらに、空気流量に基づいて原料の目標流量を再設定する機能を備えている。
酸化器10の選択酸化触媒層温度が第1の所定温度以上の場合は、制御器18は、水素生成器2への空気流量の上限を第1の空気流量上限値(例えば1.2NLM)よりも小さい第2の空気流量上限値(例えば1.0NLM)として供給するとともに、空気流量に基づいて原料の目標流量を再設定するように制御を行なう(S303)。制御器18はさらに、温度センサ17が検知する選選択酸化器10の選択酸化触媒層温度が第2の所定温度(例えば180℃)に対して高いか低いかを判定(S304)し、第2の所定温度以上の場合はステップS303に戻る。一方ステップS304において温度センサ17が検知する選選択酸化器10の選択酸化触媒層温度が第2の所定温度より低くなった場合は、制御器18は、水素生成器2への空気流量の上限を第1の空気流量上限値として供給するように制御を行なう(S305)。
次に、本発明の実施の形態5における燃料電池システムに関して、図1に示す燃料電池システムの構成を示すブロック図および、図6に示す水流量制御フローチャートを用いて、本実施の形態における燃料電池発電システムにおける、第8の発明および第9の発明に関する具体的な動作の一例について説明する。なお本実施の形態における制御器18は実施の形態1に示す制御器18に加えてさらに、水流量に基づいて原料の目標流量を再設定する機能を備えている。
℃)に対して高いか低いかを判定(S402)し、第1の所定温度より低い場合はステップS401に戻る。一方ステップS402において温度センサ17が検知する選選択酸化器10の選択酸化触媒層温度が第1の所定温度以上の場合は、制御器18は、水素生成器2への水流量の上限を第1の水流量上限値(例えば9.0CCM)よりも小さい第2の水流量上限値(例えば8.0CCM)として供給するとともに、水流量に基づいて原料の目標流量を再設定するように制御を行なう(S403)。制御器18はさらに、温度センサ17が検知する選選択酸化器10の選択酸化触媒層温度が第2の所定温度(例えば180℃)に対して高いか低いかを判定(S404)し、第2の所定温度以上の場合はステップS403に戻る。一方ステップS404において温度センサ17が検知する選選択酸化器10の選択酸化触媒層温度が第2の所定温度より低くなった場合は、制御器18は、水素生成器2への水流量の上限を第1の水流量上限値として供給するように制御を行なう(S405)。
2、101 水素生成器
3 第1のポンプ
4 原料供給流路
5 原料流量計
6 燃料ガス供給流路
7 燃料ガス排出流路
8、124 改質器
9、125 変成器
10,126 選択酸化器
11 第2のポンプ
12 空気供給流路
13 空気流量計
14 第3のポンプ
15 水供給流路
16 水流量計
17 温度センサ
18 制御部
21 系統電力
22 電力負荷
23 インバータ
24 電力検知器
123 脱硫器
Claims (9)
- 燃料ガスと空気を用いて発電を行なう燃料電池と、
少なくとも選択酸化器を備え、原料と水と空気を用いて水素を含有する燃料ガスを生成する水素生成器と、
前記選択酸化器の温度を検知する温度検知器と、
前記水素生成器に原料を供給する原料供給器と、
前記水素生成器に水を供給する水供給器と、
前記選択酸化器に空気を供給する空気供給器と、
前記燃料電池、原料供給器、水供給器及び前記空気供給器を制御する制御器と、
を備え、
前記制御器は、前記選択酸化器の温度が第1の所定温度以上になると、前記選択酸化器の温度が第1の所定温度以上になる前に比べて、前記水素生成器に供給される原料の最大流量が小さくなるように制御する、燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記水素生成器へ供給する原料の流量が、原料流量下限値以上かつ第1の原料流量上限値以下の範囲となるように制御し、前記選択酸化器の温度が第1の所定温度以上になると、前記原料の流量が、前記第1の原料流量上限値より小さい第2の原料流量上限値以下に制御する、請求項1記載の燃料電池システム。
- 前記制御器は、前記選択酸化器の温度が、第1の所定温度以上となった後、第2の所定温度より低くなった場合に、前記原料の流量が、前記第1の原料流量上限値以下に制御する、請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記制御器は、前記燃料電池が発電する出力電力量が、発電量下限値以上かつ第1の発電量上限値以下の範囲となるように制御し、前記選択酸化器の温度が第1の所定温度以上になると、前記出力電力量が、前記第1の発電量上限値よりも小さい第2の発電量上限値以下に制御する、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記制御器は、前記選択酸化器の温度が、第1の所定温度以上となった後、第2の所定温度より低くなった場合に、前記出力電力量が、第1の発電上限値以下に制御する、請求項4記載の燃料電池システム。
- 前記制御器は、前記水素生成器へ供給する空気の流量が、空気流量下限値以上かつ第1の空気流量上限値以下の範囲となるように制御し、前記選択酸化器の温度が第1の所定温度以上になると、前記空気の流量が、前記第1の空気流量上限値より小さい第2の空気流量上限値以下に制御し、かつ、前記空気の流量を用いて再設定した前記原料の目標流量に基づいて前記原料の流量を制御する、請求項1記載の燃料電池システム。
- 前記制御器は、前記選択酸化器の温度が、第1の所定温度以上となった後、第2の所定温度より低くなった場合に、前記空気流量が、前記第1の選択空気流量上限値以下に制御する、請求項6記載の燃料電池システム。
- 前記制御器は、前記水素生成器へ供給する水の流量が、水流量下限値以上かつ第1の水流量上限値以下の範囲となるように制御し、前記選択酸化器の温度が第1の所定温度以上になると、前記水の流量が、前記第1の水流量上限値より小さい第2の水流量上限値以下に制御し、かつ、前記水の流量を用いて再設定した前記原料の目標流量に基づいて前記原料の流量を制御する、請求項1記載の燃料電池システム。
- 前記制御器は、前記選択酸化器の温度が、第1の所定温度以上となった後、第2の所定
温度より低くなった場合に、前記水の流量が、前記第1の水流量上限値以下に制御する、請求項8記載の燃料電池システム。
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