JP6264182B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
燃料ガス供給ラインL1においては、燃料ガス供給ラインL1の一端部は、都市ガス等の燃料ガス(燃料)G1を供給可能な燃料ガス供給部31に接続され、燃料ガス供給ラインL1の他端部は改質器12に接続されている。燃料ガス供給ラインL1の途中には、燃料ガス供給ラインL1の一端部側から他端部側に向かって、流量調整部21と混合器15とがこの順で接続されている。燃料ガス供給ラインL1には、改質器12に向けて燃料ガスG1が流通する。
燃料電池11としては、固体酸化物形燃料電池(SOFC)が用いられる。燃料電池11は、燃料電池スタック(図示せず)を有している。燃料電池スタックにおいては、複数の発電セル(図示せず)とセパレータ(図示せず)とが交互に積層されている。
具体的には、制御装置50は、温度センサ41、圧力センサ42から温度情報、圧力情報をそれぞれ入力する。制御装置50の制御部51は、入力した温度情報に基づいて、即ち、温度検出部としての温度センサ41によって検出された温度に基づいて、また、入力した圧力情報に基づいて、即ち、圧力検出部としての圧力センサ42によって検出された圧力に基づいて、流量調整部21,22、23、24に対して命令信号を出力して、温度検出制御等の各種の制御を行う。
燃料電池システム1の起動時(スタートアップ時)には、先ず制御部51は、水供給制御を行う。水供給制御は、燃料電池11の起動時において改質器12へ燃料ガスG1を供給するように燃料供給部としての流量調整部21に対して制御する前に行われる。水供給制御では、制御部51は、水和水供給ラインL22を通して、水供給源としての水貯留部32からの水W1を化学蓄熱器14に向けて流通させるように、水供給側切換え部としての流量調整部23に対して制御を行うと共に、化学蓄熱器14からの水蒸気W2を排気可能な状態とするように、排気側切換え部としての流量調整部24に対して制御を行う。
次に、制御部51は、水和反応制御を行う。水和反応制御では、制御部51は、水和水供給ラインL22を通して水供給源としての水貯留部32からの水W1が化学蓄熱器14に向けて流通せず遮断されるように、水供給側切換え部としての流量調整部23に対して制御を行う。これと共に、制御部51は、化学蓄熱器14からの水蒸気W2が排気停止される状態となるようにして、密閉空間を形成するように、排気側切換え部としての流量調整部24に対して制御を行う。
次に、制御部51は、温度検出制御を行う。温度検出制御では、制御部51は、改質器12の触媒において燃料ガスG1と水W1とが反応可能な温度になったことを検出し、且つ、燃焼器13の触媒においてアノードオフガスG3及びカソードオフガスG4が触媒上で燃焼可能な温度になったことを検出する。
次に、制御部51は、水燃料供給制御を行う。水燃料供給制御は、温度検出制御による温度の検出が行われた後に行われる。水燃料供給制御では、制御部51は、水供給源としての水貯留部32からの化学蓄熱器14への水W1の供給を遮断するように、水供給側切換え部としての流量調整部23に対して制御を行うと共に、改質器12へ水W1を供給するように、水供給部としての流量調整部22に対して制御を行い、改質器12へ燃料ガスG1を供給するように、燃料供給部としての流量調整部21に対して制御を行う。
次に、制御部51は、排気制御を行う。排気制御は、水燃料供給制御の後に、水供給源としての水貯留部32からの化学蓄熱器14への水W1の供給を遮断するように、水供給側切換え部としての流量調整部23に対して制御を行うと共に、化学蓄熱器14から水蒸気W2を排気させるように、排気側切換え部としての流量調整部24に対して制御を行う。
本実施形態の燃料電池システム1は、燃料電池11と、触媒上で燃料ガスG1と水W1とを反応させて、燃料電池11に供給される改質ガスG2を生成する改質器12と、燃料電池11からのオフガスG3、G4を触媒上で燃焼する燃焼器13と、改質器12及び燃焼器13との間で熱伝導可能に配置される化学蓄熱器14であって、吸熱により脱水反応し、水和反応により発熱する化学蓄熱剤を収容する蓄熱剤収容空間を有する化学蓄熱器14と、化学蓄熱器14及び改質器12へ水W1を供給可能な水供給部22、23、32と、化学蓄熱器14から水蒸気W2を排気可能な排気部24と、改質器12へ燃料ガスG1を供給可能な燃料供給部21、31と、水供給部による水W1の供給の制御を水供給部に対して行い、排気部による水蒸気W2の排気の制御を排気部24に対して行い、燃料供給部21、31による燃料ガスG1の供給の制御を燃料供給部に対して行う制御部51と、を備える。
排気ラインとしての蒸気排気ラインL8の内部の温度を検出可能な温度検出部41を有する。この構成により、制御部51は、温度検出部41によって検出された温度に基づいて温度検出制御を行うことができる。
第2実施形態に係る燃料電池システム1Aは、流量調整部24に代えて、逆止弁24Aを有している点において、第1実施形態とは異なる。これ以外の構成については、第1実施形態の構成と同様であるため、同一の符号を付し、説明を省略する。
11 燃料電池
12 改質器
13 燃焼器
14 化学蓄熱器
21 流量調整部(燃料供給部)
22 流量調整部(水供給部)
23 流量調整部(水供給側切換え部、水供給部)
24,24A 流量調整部(排気側切換え部、排気部)
31 燃料ガス供給部(燃料供給部)
32 水貯留部(水供給部、水供給源)
41 温度センサ(温度検出部)
42 圧力センサ(圧力検出部)
51 制御部
L8 蒸気排気ライン(排気ライン、排気部)
L22 水和水供給ライン
G1 燃料ガス(燃料)
W1 水(改質水)
W2 水蒸気
Claims (5)
- 燃料電池と、
触媒上で燃料と水とを反応させて、前記燃料電池に供給される改質ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池からのオフガスを触媒上で燃焼する燃焼器と、
前記改質器及び前記燃焼器との間で熱伝導可能に配置される化学蓄熱器であって、吸熱により脱水反応し、水和反応により発熱する化学蓄熱剤を収容する蓄熱剤収容空間を有する化学蓄熱器と、
前記化学蓄熱器及び前記改質器へ水を供給可能な水供給部と、
前記化学蓄熱器から水蒸気を排気可能な排気部と、
前記改質器へ燃料を供給可能な燃料供給部と、
前記水供給部による水の供給の制御を前記水供給部に対して行い、前記排気部による水蒸気の排気の制御を前記排気部に対して行い、前記燃料供給部による燃料の供給の制御を前記燃料供給部に対して行う制御部と、を備え、
前記水供給部は、水供給源と、前記水供給源からの水を前記化学蓄熱器に向けて流通する水和水供給ラインと、前記水供給源からの水の前記化学蓄熱器への流通/遮断を切換え可能な水供給側切換え部とを有し、
前記排気部は、前記化学蓄熱器からの水蒸気を排気する排気ラインと、前記化学蓄熱器からの水蒸気の排気/排気停止を切換え可能な排気側切換え部とを有し、
前記水供給源からの前記化学蓄熱器への水の供給を遮断するように、前記水供給側切換え部が切換えられ、且つ、前記化学蓄熱器からの水蒸気の排気が停止されるように、前記排気側切換え部が切換えられることにより、前記蓄熱剤収容空間、前記排気ライン、及び前記水和水供給ラインの内部の空間は、密閉空間を構成し、
前記制御部は、
前記燃料電池の起動時において前記改質器へ燃料を供給するように前記燃料供給部に対して制御する前に、前記水和水供給ラインを通して前記水供給源からの水を前記化学蓄熱器に向けて流通させるように、前記水供給側切換え部に対して制御を行うと共に、前記化学蓄熱器からの水蒸気を排気可能な状態とする水供給制御と、
前記水和水供給ラインを通して前記水供給源からの水が前記化学蓄熱器に向けて流通せず遮断されるように、前記水供給側切換え部に対して制御を行うと共に、前記化学蓄熱器からの水蒸気が排気停止される状態となるようにして、前記密閉空間を形成する水和反応制御と、
前記改質器の前記触媒において燃料と水とが反応可能な温度になったことを検出し、且つ、前記燃焼器の前記触媒においてオフガスを触媒上で燃焼可能な温度になったことを検出する温度検出制御と、
前記温度検出制御による温度の検出が行われた後に、前記水供給源からの前記化学蓄熱器への水の供給を遮断するように、前記水供給側切換え部に対して制御を行うと共に、前記改質器へ水を供給するように、前記水供給部に対して制御を行い、前記改質器へ燃料を供給するように、前記燃料供給部に対して制御を行う水燃料供給制御と、
前記水燃料供給制御の後に、前記水供給源からの前記化学蓄熱器への水の供給を遮断するように、前記水供給側切換え部に対して制御を行うと共に、前記化学蓄熱器から水蒸気を排気させる排気制御と、
を行う燃料電池システム。 - 前記排気ラインの内部の温度を検出可能な温度検出部を有し、
前記制御部は、前記温度検出部によって検出された温度に基づいて前記温度検出制御を行う請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記排気ラインの内部の圧力を検出可能な圧力検出部を有し、
前記制御部は、前記圧力検出部によって検出された圧力に基づいて前記温度検出制御を行う請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記水供給源から水を前記化学蓄熱器へ供給するように、前記水供給側切換え部に対して制御を行った後に所定時間経過したことを検出可能なタイマーを有し、
前記制御部は、前記タイマーによって検出された時間に基づいて前記温度検出制御を行う請求項1〜請求項3のいずれかに記載の燃料電池システム。 - 吸熱により脱水反応する化学蓄熱剤は、水酸化カルシウムであり、水和反応により発熱する化学蓄熱剤は、酸化カルシウムである請求項1〜請求項4のいずれかに記載の燃料電池システム。
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