JP5990992B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
空気比λ=21/{21−(O 2 )} ・・・ (1)
ここで、(O 2 )は混合ガス中の酸素の体積分率である。
また、前記触媒はルテニウムを含むことが好ましい。
SOFC31には、パワーコンディショナ32が電気的に接続されており、パワーコンディショナ32には、DC/ACコンバータ33が電気的に接続されている。
上述した燃焼器21、SOFC31、改質器11、温度検知部52、λセンサ53、二方弁64、流量計56、第2熱交換器42、及び第3熱交換器43は、断熱容器(図示せず)内に収容されている。
具体的には、制御部51は、二方弁61を閉じると共に二方弁62を開く制御を行う。また、制御部51は、二方弁63及び二方弁64を開く制御を行う。また、制御部51は、ポンプ(図示せず)を駆動させて蒸気供給ラインL5内に水W1を供給する制御を行う。
これにより、都市ガスG1は、燃焼器21に供給され、燃焼器21内で燃焼されると共に、燃料蒸気供給ラインL6に供給される。また、燃焼器21において燃焼により生じた高温の排ガスG2は、改質器11に熱を伝達する。また、高温の排ガスG2は、第1熱交換器41において蒸気供給ラインL5を流通する水W1を加熱して蒸気W1とし、第3熱交換器43において燃料蒸気供給ラインL6を流通する蒸気W1及び都市ガスG1を加熱する。また、高温の排ガスG2は、第2熱交換器42において、空気供給ラインL9を流通する空気A1を加熱する。
燃料蒸気供給ラインL6の第3熱交換器43において加熱された蒸気W1と都市ガスG1とは、改質器11において略700℃〜750℃程度の高温下で、触媒上で反応する。この反応により、水素が発生する。水素は、SOFC31の燃料極に供給される。また、加熱された空気A1は、SOFC31の空気極に供給される。SOFC31では、水素及び酸素が化学反応し、発電が行われる。発電された電気E1は、パワーコンディショナ32を介してDC/ACコンバータ33へ供給され、AC電圧に変換される。
燃料蒸気供給ラインL6中の都市ガスG1と蒸気W1との混合ガスが500℃を越えていると制御部51が判断したときには(NO)、ステップST3へ移行し、制御部51は、燃料蒸気供給ラインL6中の都市ガスG1と蒸気W1との混合ガスにおける空気比λが1を越えるか否かについて判断する。当該混合ガスにおける空気比λが1以下であると制御部51が判断したときには(NO)、燃料蒸気供給ラインL6内は還元雰囲気になっている。このため、ステップST1へ戻る。制御部51は、都市ガスG1及び蒸気W1を引き続き改質器11に供給し続ける制御を行う。
具体的には、ステップST4において、制御部51は、二方弁62を閉じ、二方弁63及び二方弁64を引き続き開く制御を行う。また、制御部51は、ポンプ(図示せず)を駆動停止させて蒸気供給ラインL5内への水W1の供給を停止する制御を行う。これにより改質器11への都市ガスG1及び蒸気W1の供給が停止される。
そして次に、制御部51は、二方弁61を開き、パージ部からのパージガスG3を、パージガス供給ラインL1及びガス供給ラインL3を通して燃料蒸気供給ラインL6に供給する。これにより、燃料蒸気供給ラインL6内に混入した空気の濃度を低下させることにより酸素の濃度を低下させ、酸化雰囲気を還元雰囲気に戻す。
これにより、燃料蒸気供給ラインL6の第3熱交換器43において加熱された蒸気W1と都市ガスG1とは、改質器11において略700℃〜750℃程度の高温下で、触媒上で反応する。この反応により水素が発生する。水素は、SOFC31の燃料極に供給される。また、加熱された空気A1は、SOFC31の空気極に供給される。SOFC31では、水素及び空気A1中の酸素が化学反応し、再び発電が行われる。そして、処理は、ステップST1へ戻る。
前述のように、燃料電池システム1は、燃料蒸気供給ラインL6に接続され、燃料蒸気供給ラインL6内の燃料たる都市ガスG1及び蒸気W1の温度を検出可能な温度検知部52と、燃料蒸気供給ラインL6に接続され、燃料蒸気供給ラインL6内の都市ガスG1及び蒸気W1に対する空気比λを検出可能なλセンサ53と、λセンサ53により検出された空気比λが、λ>1のときに、燃料供給部による都市ガスG1の供給を停止し、蒸気供給部による蒸気W1の供給を停止し、パージ部により燃料蒸気供給ラインL6へのパージガスG3の供給を行うように、燃料供給部、蒸気供給部、及びパージ部に対して制御を行う制御部51と、を備える。
このため、改質器11に供給される都市ガスG1及び蒸気W1に空気が混入しても、直ぐに、パージを行うことにより空気の濃度を低下させることにより酸素の濃度を低下させ、酸化雰囲気から還元雰囲気へ戻すことができる。このため、触媒を構成するルテニウムに高温下で酸素が触れることを抑えることができ、触媒が酸化揮発してしまうことを抑えることができる。
このため、触媒が酸化揮発しにくい低温のときに、不必要な燃料供給停止や、不必要な蒸気供給停止や、不必要なパージを行うことを防止することができる。
また、燃料として都市ガスG1が用いられていたが、都市ガスG1に限られない。また、還元ガスであるパージガスG3として窒素が用いられたが、窒素に限定されない。例えば、都市ガスG1やメタン等の燃料をパージガスG3として用いてもよい。
11 改質器
21 燃焼器
31 SOFC
52 温度検知部
53 λセンサ
51 制御部
L1 パージガス供給ライン
L2 都市ガス供給ライン
L3 ガス供給ライン
L5 蒸気供給ライン
L6 燃料蒸気供給ライン
L7 排ガスライン
61、62 二方弁
41 第1熱交換器
Claims (4)
- 高温型燃料電池と、
触媒を有し、高温下において前記触媒上で燃料と蒸気とを反応させて水素を生成し、前記高温型燃料電池に水素を供給する改質器と、
前記改質器に熱を供給する熱源と、
前記改質器に燃料を供給する燃料供給部と、
一端が前記燃料供給部に接続された燃料供給ラインと、
前記改質器に蒸気を供給する蒸気供給部と、
一端が前記蒸気供給部に接続された蒸気供給ラインと、
前記改質器へ供給される燃料及び蒸気からなる混合ガスが流通する燃料蒸気供給ラインであって、一端が前記燃料供給ラインの他端及び前記蒸気供給ラインの他端に接続され、他端が前記改質器に接続された燃料蒸気供給ラインと、
前記燃料蒸気供給ラインに接続され、パージガスを供給可能なパージ部と、
前記燃料蒸気供給ラインに接続され、前記燃料蒸気供給ライン内を流通する混合ガス中の酸素の体積分率に基づいて、式(1)により空気比λを検出可能なλセンサと、
前記λセンサにより検出された空気比λが、λ>1のときに、前記燃料供給部による燃料の供給を停止するように前記燃料供給部に対して制御を行い、前記蒸気供給部による蒸気の供給を停止するように前記蒸気供給部に対して制御を行い、前記パージ部による前記燃料蒸気供給ラインへのパージガスの供給を行うように前記パージ部に対して制御を行う制御部と、を備える燃料電池システム。
空気比λ=21/{21−(O 2 )} ・・・ (1)
ここで、(O 2 )は混合ガス中の酸素の体積分率である。 - 前記燃料蒸気供給ラインに接続され、前記燃料蒸気供給ライン内を流通する混合ガスの温度を検出可能な温度検知部を備え、
前記制御部は、前記温度検知部により検知された混合ガスの温度が500℃以下であるときには、前記パージ部による前記燃料蒸気供給ラインへのパージガスの供給をしないように前記パージ部に対して制御を行い、前記燃料供給部による燃料の供給を停止せず、前記燃料供給部による燃料の供給を行い続けるように前記燃料供給部に対して制御を行い、前記蒸気供給部による蒸気の供給を停止せず、前記蒸気供給部による蒸気の供給を行い続けるように前記蒸気供給部に対して制御を行う請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記熱源は、前記高温型燃料電池から排出される水素オフガス及び酸素オフガスを燃焼する燃焼器を有する請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記触媒はルテニウムを含む請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の燃料電池システム。
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