JP6502146B2 - Starting unit and starting vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池ユニットの起動運転に利用される起動ユニット、および、当該起動ユニットを備える起動用車両に関する。 The present invention relates to a starting unit used for starting operation of a fuel cell unit, and a starting vehicle provided with the starting unit.
従来より、燃料電池を利用して発電を行う様々な燃料電池システムが提案されている。特許文献1の燃料電池システムでは、筐体の内部が、モジュール部と、流体供給部と、電装部とに分割される。モジュール部には、燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールを昇温させる燃焼器とが収容される。流体供給部には、燃料ガス供給装置と、酸化剤ガス供給装置と、水供給装置が配置される。電装部には、燃焼電池モジュールで発生した直流電力を変換する電力変換装置と、燃料電池モジュールの発電量を制御する制御装置とが配置される。流体供給部はモジュール部の第1の側面に配置され、電装部はモジュール部の第2の側面に配置される。これにより、流体供給部および電装部が筐体の外壁部を構成するため、流体供給部および電装部の高温化が抑制される。
Conventionally, various fuel cell systems that generate electric power using a fuel cell have been proposed. In the fuel cell system of
特許文献2の燃料電池システムでは、水蒸気改質に用いる水の自立運転が図られている。また、特許文献3の燃料電池モジュールでは、熱自立運転が図られている。特許文献4の燃料電池システムでは、水自立運転および熱自立運転の促進が図られている。特許文献5の燃料電池装置では、燃料電池からの排ガスと、燃料電池に供給される酸素含有ガスまたは燃料との間で熱交換を行う熱交換器が設けられ、熱交換後の酸素含有ガスまたは燃料をさらに加熱することにより、発電効率の向上が図られている。 In the fuel cell system of Patent Document 2, self-sustaining operation of water used for steam reforming is achieved. Further, in the fuel cell module of Patent Document 3, thermal self-sustaining operation is achieved. In the fuel cell system of Patent Document 4, promotion of water self-sustaining operation and heat self-sustaining operation is achieved. In the fuel cell device of Patent Document 5, a heat exchanger for exchanging heat between the exhaust gas from the fuel cell and the oxygen-containing gas or fuel supplied to the fuel cell is provided, and the oxygen-containing gas after heat exchange or The power generation efficiency is improved by further heating the fuel.
一方、特許文献6の移動電源車では、電気自動車の荷物室に、燃料電池発電装置と、燃料電池発電装置からの電力を電気自動車の直流電動機に供給する制御装置と、燃料電池発電装置からの電力を外部負荷回路に供給する電力変換装置とが配置される。
On the other hand, in the mobile power supply vehicle of
ところで、特許文献1の燃料電池システムでは、起動運転の際に燃料電池モジュールの昇温に利用される燃焼器は、筐体内において、切換弁および原燃料分岐通路を介して燃料ガス供給装置に接続される。また、燃焼器は、筐体内において、切換弁および空気分岐通路を介して酸化剤ガス供給装置に接続される。燃料電池システムでは、定常運転時には使用されない当該切換弁や分岐通路も筐体内に保有されている。
By the way, in the fuel cell system of
このように燃料電池システムの保有機器が多いと、故障の発生確率が増大するため、燃料電池システムの稼働率が低下するおそれがある。また、燃料電池システムの定常運転の際に、使用しない保有機器も監視する必要があるため、燃料電池システムの制御負荷が増大するおそれもある。さらには、定常運転時に使用しない保有機器の待機電力等により、燃料電池システムの送電端電力が低下するおそれもある。 As described above, when the number of fuel cell system-owned devices is large, the probability of occurrence of failure increases, which may lower the operation rate of the fuel cell system. In addition, since it is also necessary to monitor the owned devices that are not used during steady operation of the fuel cell system, the control load on the fuel cell system may be increased. Furthermore, there is a risk that the transmission end power of the fuel cell system may be reduced due to the standby power of the owned device not used during steady operation.
上記問題は、上述の他の燃料電池システム等においても同様である。例えば、特許文献2の燃料電池システムでは、定常運転時の水自立運転の実現が図られているが、水自立運転が実現した場合に使用されない水タンクや水を供給するポンプ等の機器が、燃料電池システムに保有されている。このような水タンクやポンプ等をメンテナンスするためには、燃料電池システム全体を停止する必要がある。また、当該ポンプ等が故障すると、燃料電池システム全体が停止することになり、必要に応じて燃料電池システム全体を交換することになる。 The above-mentioned problem is the same as in the other fuel cell systems described above. For example, in the fuel cell system of Patent Document 2, realization of water self-sustaining operation during steady operation is achieved, but equipment such as a water tank not used when water self-sustaining operation is realized or a pump for supplying water is It is owned by the fuel cell system. In order to maintain such a water tank or pump, it is necessary to stop the entire fuel cell system. In addition, when the pump or the like breaks down, the entire fuel cell system is stopped, and the entire fuel cell system is replaced as necessary.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、燃料電池ユニットの定常運転時の機器故障確率の低減、および、機器制御の負荷低減を実現することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to reduce the probability of equipment failure during steady operation of a fuel cell unit and to reduce the load on equipment control.
請求項1に記載の発明は、原燃料を改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記燃料ガスの生成に必要な水蒸気を前記改質器に供給する水蒸気生成部と、前記燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電を行う固体酸化物形の燃料電池と、前記改質器および前記燃料電池を収容するハウジングとを備える燃料電池ユニットに着脱自在に接続され、前記燃料電池ユニットの起動運転に利用される起動ユニットであって、水を貯溜するとともに前記水を前記水蒸気生成部に供給して前記改質器に水蒸気として供給する水供給部と、起動用材料を前記改質器に供給する起動用材料供給部と、前記ハウジングの内部の加熱用のエネルギーを供給する加熱用エネルギー供給部と、のうち少なくとも2つの供給部を備える。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の起動ユニットであって、前記少なくとも2つの供給部と前記燃料電池ユニットとのそれぞれの接続部が、互いに異なる形状を有する。
The invention as set forth in claim 2 is the start-up unit according to
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の起動ユニットであって、前記水供給部と、前記起動用材料供給部と、前記加熱用エネルギー供給部とを備える。
The invention according to claim 3 is the starting unit according to
請求項4に記載の発明は、原燃料を改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電を行う固体酸化物形の燃料電池と、前記改質器および前記燃料電池を収容するハウジングとを備える燃料電池ユニットの起動運転に利用される起動用車両であって、移動用の車両と、前記車両の積載部に積載される請求項1ないし3のいずれかに記載の起動ユニットとを備える。 The invention according to claim 4 is a reformer that reforms a raw fuel to generate a fuel gas, a solid oxide fuel cell that generates electric power using the fuel gas and an oxidant gas, and the above improvement 4. A start-up vehicle for use in start-up operation of a fuel cell unit comprising a paver and a housing for containing the fuel cell, the vehicle for movement being loaded on a loading portion of the vehicle. And the activation unit according to any of the above.
本発明では、燃料電池ユニットの定常運転時の機器故障確率の低減、および、機器制御の負荷低減を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a reduction in the probability of equipment failure during steady operation of the fuel cell unit and a reduction in the load of equipment control.
図1は、本発明の一の実施の形態に係る燃料電池システム1の構成を示す図である。燃料電池システム1は、燃料電池ユニット2と、起動ユニット3とを備える。図1では、燃料電池ユニット2および起動ユニット3をそれぞれ破線にて囲む。
FIG. 1 is a view showing the configuration of a
燃料電池ユニット2は、燃料電池を用いて発電を行う発電ユニットである。起動ユニット3は、燃料電池ユニット2の起動運転(いわゆる、コールドスタート)に利用される。燃料電池ユニット2の起動運転とは、燃料電池ユニット2の状態を停止状態から、定常的に発電を行う定常運転状態へと変更することである。起動ユニット3は、燃料電池ユニット2に着脱自在に接続される。 The fuel cell unit 2 is a power generation unit that generates power using a fuel cell. The startup unit 3 is used for startup operation (so-called cold start) of the fuel cell unit 2. The start-up operation of the fuel cell unit 2 is to change the state of the fuel cell unit 2 from the stop state to the steady operation state in which power is steadily generated. The activation unit 3 is detachably connected to the fuel cell unit 2.
燃料電池ユニット2は、ハウジング21と、改質器22と、燃料電池23と、昇温部24とを備える。改質器22、燃料電池23および昇温部24は、ハウジング21の内部に収容される。燃料電池ユニット2は、また、不純物除去部41と、第1熱交換器42と、ブロワ43と、第2熱交換器44と、凝縮部45と、水蒸気生成部46と、排ガス燃焼部47と、原燃料供給源48とを備える。燃料電池ユニット2は、さらに、電池ユニット制御部49と、受電部40とを備える。受電部40は、図示省略の外部電源等に接続され、燃料電池ユニット2の各構成に電力を供給する。電池ユニット制御部49は、燃料電池ユニット2の各構成を制御する。
The fuel cell unit 2 includes a
ハウジング21の内面は、断熱材料により形成される。ハウジング21としては、例えば、金属製のコンテナの内面全体を断熱材料により覆ったものが利用される。燃料電池23は、固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)であり、例えば、図示省略の複数のセル(単電池)が積層されたセルスタックである。燃料電池23の負極(アノード)には燃料ガスが供給され、正極(カソード)には酸化剤ガスが供給される。これにより、燃料電池23において電気化学反応が生じ、発電が行われる。燃料電池23における電気化学反応は発熱反応であり、発生した熱は改質器22の加熱等に利用される。燃料電池23による発電は、例えば600度〜1000度の高温下にて行われる。燃料ガスは、例えば水素ガスであり、酸化剤ガスは、例えば酸素ガスである。
The inner surface of the
改質器22は、原燃料を改質して燃料ガスを含む改質ガスを生成する。原燃料としては、例えば、LPガス、都市ガス、天然ガス、灯油、バイオガス、バイオエタノール等が利用される。改質器22では、例えば、水蒸気改質法、部分酸化改質法、自己熱改質法等により原燃料の改質が行われる。図1に示す例では、改質器22により、原燃料であるLPガスが水蒸気改質法により高温下にて改質され、燃料ガスである水素ガスを含む改質ガスが生成される。改質器22は、燃料ガス供給管251により燃料電池23の負極に接続される。
The
改質器22により生成された改質ガスは、燃料ガス供給管251を介して燃料電池23の負極に供給される。燃料電池23の負極から排出されるガスである負極排ガスは、負極排ガス排出管252によりハウジング21外へと排出され、排ガス燃焼部47へと導かれる。負極排ガスには、燃料ガスである水素ガスが燃料電池23における発電に使用されることにより生成される水蒸気、および、燃料電池23における発電に利用されなかった未利用の燃料ガス等が含まれる。
The reformed gas generated by the
改質器22は、原燃料供給管261を介して、ハウジング21外に配置される原燃料供給源48に接続される。原燃料供給管261上には、不純物除去部41および第1熱交換器42が設けられる。不純物除去部41では、原燃料供給源48から改質器22へと供給される原燃料から不純物(例えば、硫黄系不純物)が除去される。第1熱交換器42では、燃料電池23の負極から排出されて負極排ガス排出管252を流れる高温の負極排ガスを利用して、改質器22に供給される原燃料が予備加熱される。
The
第1熱交換器42を通過した負極排ガスは、凝縮部45へと導かれる。凝縮部45では、負極排ガス中の水蒸気が凝縮されて水が生成される。凝縮部45により生成された水は、水蒸気生成部46へと供給される。水蒸気生成部46では、水が加熱されて水蒸気が生成される。水蒸気生成部46により生成された水蒸気は、水供給管262を介して原燃料供給管261へと導かれ、不純物除去部41を通過した原燃料と共に改質器22へと供給されて上述の水蒸気改質に利用される。
The negative electrode exhaust gas that has passed through the
燃料電池23の正極は、酸化剤ガス供給管253により、ハウジング21外に配置されるブロワ43に接続される。ブロワ43により、酸化剤ガスである酸素ガスを含む空気が、酸化剤ガス供給管253を介して燃料電池23の正極に供給される。燃料電池23の正極から排出されるガスである正極排ガスは、正極排ガス排出管254によりハウジング21外へと排出される。正極排ガス排出管254は、酸化剤ガス供給管253上に設けられた第2熱交換器44を通過する。第2熱交換器44では、燃料電池23の正極から排出されて正極排ガス排出管254を流れる高温の正極排ガスを利用して、燃料電池23に供給される空気が予備加熱される。
The positive electrode of the
第2熱交換器44を通過した正極排ガス排出管254は、排ガス燃焼部47よりも手前(すなわち、上流側)の合流点471において負極排ガス排出管252に合流する。排ガス燃焼部47では、合流後の負極排ガスおよび正極排ガスが燃焼される。これにより、負極排ガスに含まれる未利用の燃料ガス等が燃焼される。排ガス燃焼部47にて発生する燃焼熱は、例えば、水蒸気生成部46における水の加熱や、タービンを利用した発電に利用される。また、排ガス燃焼部47がハウジング21内に設けられ、排ガス燃焼部47の燃焼熱が改質器22の加熱に利用されてもよい。排ガス燃焼部47としては、例えば、触媒燃焼器が利用される。
The positive electrode exhaust
燃料電池ユニット2の定常運転では、上述のように、燃料電池23において燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電が行われる。燃料電池23における発電の際に発生した熱は改質器22に付与され、改質器22における原燃料の水蒸気改質に利用される。また、燃料電池23から排出された負極排ガスを利用して、改質器22に供給される原燃料の予備加熱が行われ、燃料電池23から排出された正極排ガスを利用して、燃料電池23に供給される空気の予備加熱が行われる。これにより、燃料電池ユニット2では、定常運転時にシステム内にて必要とされる熱を、システム外から付与することなく定常運転を行うことができる。さらに、燃料電池ユニット2では、負極排ガスに含まれる水蒸気を改質器22において行われる水蒸気改質に利用することにより、定常運転時にシステム内にて必要とされる水を、システム外から付与することなく定常運転を行うことができる。換言すれば、定常運転時の燃料電池ユニット2では、熱自立運転および水自立運転が可能である。
In the steady-state operation of the fuel cell unit 2, as described above, power generation is performed in the
次に、燃料電池ユニット2の起動運転について説明する。燃料電池ユニット2の起動運転に利用される起動ユニット3は、水供給部31と、起動用材料供給部32と、加熱用エネルギー供給部33と、起動電源部34と、起動制御部35とを備える。水供給部31、起動用材料供給部32、加熱用エネルギー供給部33、起動電源部34および起動制御部35は、図示省略の起動ユニットハウジングの内部に収容される。起動制御部35は、例えば燃料電池ユニット2の状態に基づいて、水供給部31、起動用材料供給部32、加熱用エネルギー供給部33および起動電源部34を制御する。起動電源部34は、水供給部31、起動用材料供給部32、加熱用エネルギー供給部33および起動制御部35に電力を供給する。起動電源部34は、例えば、小型発電機やバッテリであり、起動制御部35はコンピュータである。当該小型発電機は、例えば、ガソリン、軽油、灯油、アルコール、LPガス等を燃料として駆動する。
Next, start-up operation of the fuel cell unit 2 will be described. The start-up unit 3 used for start-up operation of the fuel cell unit 2 includes a
水供給部31は、水を貯溜するとともに、燃料電池ユニット2の起動運転の際に、当該水を燃料電池ユニット2の改質器22に供給する。水供給部31は、例えば、水貯溜部311と、ポンプ312と、起動用水配管313とを備える。水貯溜部311は、水(例えば、純水)を貯溜するタンクである。水貯溜部311は、起動用水配管313を介して、燃料電池ユニット2の水蒸気生成部46に着脱自在に接続される。ポンプ312は、起動用水配管313上に設けられ、水貯溜部311に貯溜されている水を水蒸気生成部46へと供給する。
The
起動用材料供給部32は、燃料電池ユニット2の起動運転の際に、起動用材料を改質器22に供給する。起動用材料供給部32は、例えば、起動用材料供給源321と、起動用材料配管322とを備える。起動用材料供給源321は、例えば、起動用材料を貯溜するガスボンベである。起動用材料供給源321は、起動用材料配管322を介して、燃料電池ユニット2の原燃料供給管261に着脱自在に接続される。換言すれば、起動用材料供給源321は、起動用材料配管322および原燃料供給管261を介して、改質器22に着脱自在に接続される。起動用材料としては、例えば、窒素、水素、原燃料と同様のLPガス、都市ガス、バイオエタノール等が使用される。
The start-up
加熱用エネルギー供給部33は、燃料電池ユニット2の起動運転の際に、燃料電池ユニット2のハウジング21の内部の加熱に利用されるエネルギーを供給する。加熱用エネルギー供給部33は、ハウジング21内の昇温部24に接続される。図1に示す例では、昇温部24は、燃料を燃焼させてハウジング21の内部を加熱するバーナーである。加熱用エネルギー供給部33は、例えば、加熱用燃料供給源331と、加熱用燃料配管332と、加熱用ブロワ333とを備える。加熱用燃料供給源331は、例えば、加熱用燃料を貯溜するガスボンベである。加熱用ブロワ333は、空気を送出する。加熱用燃料供給源331および加熱用ブロワ333は、加熱用燃料配管332を介して、昇温部24に着脱自在に接続される。加熱用燃料としては、例えば、LPガス、都市ガス、軽油等が使用される。
The heating
燃料電池ユニット2の起動運転では、まず、加熱用燃料供給源331からの加熱用燃料と、加熱用ブロワ333からの空気とが、上述の加熱に利用されるエネルギーとして昇温部24に供給される。そして、昇温部24にて加熱用燃料が燃焼することにより、ハウジング21の内部が加熱される。これにより、改質器22および燃料電池23が昇温する。
In the start-up operation of the fuel cell unit 2, first, the heating fuel from the heating
続いて、起動用材料供給源321からの起動用材料が、不純物除去部41を通過して改質器22に供給される。また、水供給部31からの水が水蒸気生成部46に供給され、水蒸気生成部46にて水蒸気とされた後、改質器22に供給される。そして、改質器22により起動用材料が水蒸気改質されることにより燃料ガスが生成され、燃料電池23の負極に供給される。燃料電池23の正極には、上述のブロワ43により、酸化剤ガスを含む空気が供給される。これにより、燃料電池23による発電が行われ、発電時に発生する熱により改質器22がさらに加熱される。また、燃料電池23からの負極排ガスから凝縮部45にて生成された水は、水蒸気生成部46へと供給される。
Subsequently, the starting material from the starting
燃料電池システム1では、改質器22および燃料電池23が所定の温度に達し、燃料電池23からの出力が所定の発電量に達して安定するまで、すなわち、燃料電池ユニット2が定常運転状態となるまで、上述の起動運転が継続される。燃料電池ユニット2の定常運転が開始され、上述の水自立および熱自立が成立すると、起動ユニット3が停止される。具体的には、起動ユニット3において、水供給部31からの水の供給、起動用材料供給部32からの起動用材料の供給、および、加熱用エネルギー供給部33からのエネルギー(すなわち、加熱用燃料および空気)の供給が停止される。これと並行して、燃料電池ユニット2では、原燃料供給源48から改質器22への原燃料の供給が開始される。
In the
そして、水供給部31と燃料電池ユニット2との接続部310、起動用材料供給部32と燃料電池ユニット2との接続部320、および、加熱用エネルギー供給部33と燃料電池ユニット2との接続部330における接続が解除され、起動ユニット3が燃料電池ユニット2から取り外される。接続部310,320,330の両側(すなわち、起動ユニット3側および燃料電池ユニット2側)にはバルブおよび逆止弁が設けられており、起動ユニット3の取り外し後も、燃料電池ユニット2の定常運転は支障なく継続される。
The
このように、起動ユニット3は、燃料電池ユニット2の起動運転の終了後(すなわち、定常運転の開始後)、燃料電池ユニット2から取り外すことができる。このため、定常運転時における燃料電池ユニット2において保有機器を減少させることができ、定常運転時の機器故障確率の低減、および、機器制御の負荷低減を実現することができる。また、定常運転時に使用しない保有機器の待機電力等による燃料電池ユニット2の送電端電力の低下を抑制することもできる。さらには、燃料電池ユニット2の定常運転と並行して、起動ユニット3のメンテナンス等を行うこともできる。その結果、燃料電池システム1の信頼性を向上することができる。
Thus, the start unit 3 can be removed from the fuel cell unit 2 after the start operation of the fuel cell unit 2 is completed (that is, after the start of the steady operation). For this reason, it is possible to reduce the number of owned devices in the fuel cell unit 2 at the time of steady operation, and it is possible to realize a decrease in the probability of device failure at the time of steady operation and a reduced load of device control. It is also possible to suppress a decrease in the transmission end power of the fuel cell unit 2 due to the standby power or the like of the owned device not used during steady operation. Furthermore, in parallel with the steady operation of the fuel cell unit 2, maintenance and the like of the startup unit 3 can be performed. As a result, the reliability of the
燃料電池システム1では、起動ユニット3に起動電源部34を設けることにより、燃料電池ユニット2における起動運転時の需要電力を減少させることができる。その結果、燃料電池ユニット2の受電部40の容量を低減することができる。
In the
図2は、水供給部31と燃料電池ユニット2との接続部310の一例を示す斜視図である。接続部310は、水供給部31側の接続端部310aと、燃料電池ユニット2側の接続端部310bとを備える。図2では、図の理解を容易にするために、接続端部310a,310bから延びる配管を破線にて描く。接続端部310a,310bは略円筒状であり、中央部には水が流れる流路が設けられる。接続端部310aの端面には径方向に延びる略四角柱状の凸部310cが設けられる。また、接続端部310bの端面には、凸部310cと略同形状の凹部310dが設けられる。水供給部31と燃料電池ユニット2とが接続される際には、凸部310cを凹部310dに嵌合させつつ接続端部310a,310bが互いに固定される。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of the
燃料電池システム1では、起動ユニット3の水供給部31、起動用材料供給部32および加熱用エネルギー供給部33と燃料電池ユニット2とのそれぞれの接続部310,320,330が、互いに異なる形状を有する。例えば、接続部320,330にも、図2に示す接続部310と同様に、接続端部の端面に凸部および凹部が設けられ、当該凸部および凹部の形状、数または配置等が、接続部310,320,330において互いに異なる。これにより、起動ユニット3と燃料電池ユニット2とを接続する際に、水供給部31、起動用材料供給部32および加熱用エネルギー供給部33と燃料電池ユニット2とのそれぞれの接続を誤りなく行うことができる。
In the
燃料電池ユニット2の起動運転には、図3に示す起動用車両6が利用されてもよい。起動用車両6は、移動用の車両61と、上述の起動ユニット3とを備える。起動ユニット3は、車両61の積載部に積載される。これにより、燃料電池ユニット2の様々な設置場所に容易に起動ユニット3を搬送し、燃料電池ユニット2を容易に起動することができる。起動用車両6の車両61としては、例えば、軽トラックが利用され、起動ユニット3が、当該軽トラックの積載部である荷台上に積載される。
The
起動ユニット3の車載を考慮すると、起動ユニット3の重量は350kg以下であることが好ましく、起動ユニット3の起動ユニットハウジング36の長さ、幅および高さはそれぞれ、1900mm以下、1400mm以下、1500mm以下であることが好ましい。また、移動時の各構造の振動等を軽減するために、水供給部31、起動用材料供給部32、加熱用エネルギー供給部33、起動電源部34および起動制御部35(図1参照)は、起動ユニットハウジング36に対して固縛可能であることが好ましい。水供給部31、起動用材料供給部32、加熱用エネルギー供給部33、起動電源部34および起動制御部35は、防振台上に設置されることが好ましい。
In consideration of mounting of the starting unit 3, the weight of the starting unit 3 is preferably 350 kg or less, and the length, width and height of the
燃料電池システム1では、燃料電池ユニット2の定常運転の際に、水自立運転が行われず、水供給源に貯溜されている水を水蒸気として改質器22に継続的に供給する必要がある場合、起動運転時にも当該水供給源から改質器22に水蒸気が供給されてもよい。この場合、水供給部31は起動ユニット3から省略されてもよい。また、起動用材料が、未蒸留のバイオエタノールのように改質器22における改質に必要な水を含んでいる場合も、水供給部31は起動ユニット3から省略されてもよい。
In the
起動用材料供給部32から改質器22に供給される起動用材料は、例えば、原燃料とは異なるガスであってもよい。起動用材料が、原燃料にはならない窒素ガスや、燃料ガスである水素ガスである場合、燃料電池ユニット2の起動運転時には、改質器22における水蒸気改質は不要となるため、水供給部31は起動ユニット3から省略されてもよい。
The starting material supplied from the starting
燃料電池システム1では、起動用材料供給部32から改質器22に供給される起動用材料が、上述の原燃料供給源48から供給される原燃料と同じである場合、燃料電池ユニット2の起動運転の際に、原燃料供給源48からの原燃料が起動用材料として改質器22に供給されてもよい。この場合、起動用材料供給部32は、起動ユニット3から省略されてもよい。
In the
燃料電池システム1では、加熱用エネルギー供給部33から昇温部24に供給される加熱用燃料が、原燃料供給源48から供給される原燃料と同じである場合、燃料電池ユニット2の起動運転の際に、原燃料供給源48からの原燃料が加熱用燃料として昇温部24に供給されてもよい。また、燃料電池ユニット2のブロワ43を利用して、昇温部24に空気が供給されてもよい。このように、原燃料供給源48およびブロワ43から昇温部24に加熱用燃料および空気が供給される場合、加熱用エネルギー供給部33は、起動ユニット3から省略されてもよい。
In the
また、燃料電池ユニット2の定常運転の際に、熱自立運転が行われず、昇温部24によるハウジング21内の継続的な加熱が必要である場合、燃料電池ユニット2に加熱用燃料供給源が設けられ、当該加熱用燃料供給源および燃料電池ユニット2のブロワ43から昇温部24に、加熱用燃料および空気が供給されてもよい。この場合も、加熱用エネルギー供給部33は、起動ユニット3から省略されてもよい。
In addition, when the heat self-sustaining operation is not performed during steady operation of the fuel cell unit 2 and continuous heating of the inside of the
以上のように、起動ユニット3は、水供給部31、起動用材料供給部32および加熱用エネルギー供給部33のうち、少なくとも2つの供給部を備えていればよい。この場合であっても、上述と同様に、燃料電池ユニット2の定常運転の開始後、起動ユニット3を燃料電池ユニット2から取り外すことができる。このため、燃料電池ユニット2の定常運転時の機器故障確率の低減、および、機器制御の負荷低減を実現することができる。また、定常運転時に使用しない保有機器の待機電力等による燃料電池ユニット2の送電端電力の低下を抑制することもできる。さらには、燃料電池ユニット2の定常運転と並行して、起動ユニット3のメンテナンス等を行うこともできる。
As mentioned above, starting unit 3 should just be provided with at least two supply parts among
また、当該少なくとも2つの供給部と燃料電池ユニット2とのそれぞれの接続部が、互いに異なる形状を有することにより、上述と同様に、当該少なくとも2つの供給部と燃料電池ユニット2とのそれぞれの接続を誤りなく行うことができる。 Further, since the connection parts between the at least two supply parts and the fuel cell unit 2 have different shapes from each other, the connection between the at least two supply parts and the fuel cell unit 2 is the same as described above. Can be done without error.
ただし、起動ユニット3は、水供給部31と、起動用材料供給部32と、加熱用エネルギー供給部33とを全て備えることが好ましい。これにより、様々な構造を有する燃料電池ユニット2の起動運転を容易に行うことができる。
However, it is preferable that the activation unit 3 includes all the
上述の燃料電池システム1では、様々な変更が可能である。
Various modifications are possible in the
例えば、起動ユニット3の水供給部31、起動用材料供給部32および加熱用エネルギー供給部33と燃料電池ユニット2とのそれぞれの接続部310,320,330は、互いに異なる形状を有していればよく、その形状は、上述の凹凸の嵌合以外の様々な形状であってよい。
For example, the
昇温部24は、必ずしもバーナーである必要はなく、例えば、ハウジング21内に向けて熱風を噴射する熱風噴射部であってもよい。この場合、加熱用エネルギー供給部33は、例えば、加熱用燃料を貯溜する加熱用燃料供給源331と、加熱用燃料を燃焼させる加熱用燃料燃焼部と、加熱用燃料燃焼部に空気を供給する加熱用ブロワ333とを備える。加熱用燃料燃焼部として、例えば、軽油を燃料とするオイルバーナーが利用される場合、当該軽油により駆動するディーゼル発電機が起動電源部34として利用されてもよい。あるいは、加熱用燃料燃焼部および起動電源部34としてディーゼル発電機が利用され、ディーゼル発電機の廃熱が、昇温部24に供給される加熱用エネルギーとして利用されてもよい。また、LPガスを燃料とするガスタービン発電機が加熱用燃料燃焼部および起動電源部34として利用され、ガスタービン発電機の高温の排気ガスが、昇温部24に供給される加熱用エネルギーとして利用されてもよい。
The
当該昇温部24における加熱用燃料が、上述の原燃料供給源48から供給される原燃料(例えば、LPガスや都市ガス)と同じである場合、加熱用エネルギー供給部33から加熱用燃料供給源331が省略され、原燃料供給源48からの原燃料が加熱用燃料として加熱用燃料燃焼部に供給されてもよい。また、燃料電池ユニット2のブロワ43を利用して加熱用燃料燃焼部に空気が供給される場合、加熱用エネルギー供給部33から加熱用ブロワ333が省略されてもよい。
When the heating fuel in the
昇温部24は、また、電気ヒータであってもよい。この場合、加熱用エネルギー供給部33は、例えば、昇温部24に電力を供給する電力供給部を備える。当該電力供給部としては、例えば、小型発電機やバッテリが利用される。当該小型発電機は、例えば、ガソリン、軽油、灯油、アルコール、LPガス等を燃料として駆動する。あるいは、当該電力供給部として、上述の起動電源部34が利用されてもよい。
The
上述の燃料電池システム1では、燃料電池23からの負極排ガスに含まれる水蒸気を、凝縮部45にて水として取り出した上で水蒸気生成部46に供給しているが、水蒸気を含む負極排ガスの一部が、ガス状のまま改質器22へと供給されてもよい。この場合であっても、定常運転の燃料電池ユニット2において水自立運転の実現が可能である。
In the
燃料電池ユニット2では、ハウジング21内に複数の燃料電池23が配置されてもよい。
In the fuel cell unit 2, a plurality of
燃料電池システム1では、起動ユニット3は燃料電池ユニット2の起動運転に利用されるものであり、必ずしも起動ユニット3単体で燃料電池ユニット2の起動運転が行われる必要はない。例えば、起動ユニット3と他の構成とを併せて利用することにより、燃料電池ユニット2の起動運転が行われてもよい。
In the
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。 The configurations in the above embodiment and each modification may be combined as appropriate as long as no contradiction arises.
2 燃料電池ユニット
3 起動ユニット
6 起動用車両
21 ハウジング
22 改質器
23 燃料電池
31 水供給部
32 起動用材料供給部
33 加熱用エネルギー供給部
61 車両
310,320,330 接続部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 fuel cell unit 3
Claims (4)
水を貯溜するとともに前記水を前記水蒸気生成部に供給して前記改質器に水蒸気として供給する水供給部と、
起動用材料を前記改質器に供給する起動用材料供給部と、
前記ハウジングの内部の加熱用のエネルギーを供給する加熱用エネルギー供給部と、
のうち少なくとも2つの供給部を備えることを特徴とする起動ユニット。 A reformer that reforms a raw fuel to generate a fuel gas, a steam generation unit that supplies the steam necessary for generating the fuel gas to the reformer, and power generation using the fuel gas and an oxidant gas A start-up unit which is detachably connected to a fuel cell unit including a solid oxide fuel cell for performing the fuel cell and a housing for containing the reformer and the There,
A water supply unit for storing water and supplying the water to the steam generation unit and supplying the water as the steam to the reformer;
A starting material supply unit for supplying starting material to the reformer;
A heating energy supply unit for supplying energy for heating the inside of the housing;
A starting unit comprising at least two supply units.
前記少なくとも2つの供給部と前記燃料電池ユニットとのそれぞれの接続部が、互いに異なる形状を有することを特徴とする起動ユニット。 The starting unit according to claim 1, wherein
A starting unit characterized in that each connection between the at least two supply units and the fuel cell unit has a different shape.
前記水供給部と、前記起動用材料供給部と、前記加熱用エネルギー供給部とを備えることを特徴とする起動ユニット。 The starting unit according to claim 1 or 2, wherein
A start unit comprising the water supply unit, the start material supply unit, and the heating energy supply unit.
移動用の車両と、
前記車両の積載部に積載される請求項1ないし3のいずれかに記載の起動ユニットと、
を備えることを特徴とする起動用車両。 A reformer that reforms a raw fuel to generate a fuel gas, a solid oxide fuel cell that generates electric power using the fuel gas and an oxidant gas, and the reformer and the fuel cell are accommodated. A start-up vehicle used for start-up operation of a fuel cell unit provided with a housing, comprising:
With a moving vehicle,
The starting unit according to any one of claims 1 to 3, which is loaded on a loading unit of the vehicle.
A starting vehicle comprising:
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