JP6590271B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
燃料電池は、小規模でも発電効率が高くできるので、分散型の発電システムの発電部として用いられている。 Fuel cells are used as power generation units in distributed power generation systems because they can increase power generation efficiency even on a small scale.
分散型発電システムとして機能させるには、発電時の原料を安定的に供給する必要がある。一般的に原料には、既存のインフラストラクチャーから供給される天然ガスを主成分とする天然ガス(都市ガス)、LPG、ガソリン、灯油等が用いられる。かかる原料を改質した改質ガスが燃料電池の燃料となるが、原料には、硫黄化合物が含まれる。 In order to function as a distributed power generation system, it is necessary to stably supply raw materials during power generation. Generally, natural gas (city gas) mainly composed of natural gas supplied from an existing infrastructure, LPG, gasoline, kerosene, or the like is used as a raw material. The reformed gas obtained by reforming such a raw material becomes a fuel for the fuel cell, and the raw material contains a sulfur compound.
例えば、ディメチルスルフィド、ターシャリーメチルメルカプタン等のインフラストラクチャーからの漏れを臭いで検出するための付臭剤がその一例である。 For example, an odorant for detecting leakage from infrastructure such as dimethyl sulfide and tertiary methyl mercaptan by smell is an example.
このような原料中の硫黄化合物は、原料を改質反応させる改質器に用いる触媒の被毒成分となり、反応性を低下させる。 Such a sulfur compound in the raw material becomes a poisoning component of the catalyst used in the reformer for reforming the raw material, and decreases the reactivity.
そこで、原料中の硫黄化合物を除去するための脱硫器が併設される。かかる脱硫器として、硫黄化合物を吸着除去する吸着脱硫器、硫黄化合物を水素化(水添)し、除去する水添脱硫器が例示される。 Therefore, a desulfurizer for removing sulfur compounds in the raw material is additionally provided. Examples of such a desulfurizer include an adsorption desulfurizer that adsorbs and removes sulfur compounds and a hydrogenated desulfurizer that hydrogenates (hydrogenates) sulfur compounds and removes them.
水添脱硫器は、硫黄化合物の除去率が大きいので、脱硫器を小型化できるが、水素を原料ガスに安定して添加することが必要となる。水素には原料を改質した改質ガスの一部を利用し、原料に改質ガスをリサイクルさせる構成が多くとられる。 Since the hydrodesulfurizer has a high removal rate of sulfur compounds, the desulfurizer can be reduced in size, but it is necessary to stably add hydrogen to the raw material gas. For hydrogen, a part of the reformed gas obtained by reforming the raw material is used, and the reformed gas is recycled to the raw material.
改質ガスをリサイクルする場合、改質ガス中の水蒸気からの凝縮水によってリサイクル経路が詰まる場合、原料に安定して水素が添加できない可能性がある。そこで、リサイクル経路に改質ガス中の水蒸気を除去する水蒸気凝縮分離器を備える燃料システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 When the reformed gas is recycled, hydrogen may not be stably added to the raw material when the recycling path is clogged with condensed water from water vapor in the reformed gas. Therefore, a fuel system has been proposed that includes a water vapor condensing separator for removing water vapor in the reformed gas in the recycle path (see, for example, Patent Document 1).
また、水素を一定量以上供給するため、リサイクル経路との合流箇所よりも上流の原料ガス供給路の圧力を検知する圧力検知器と、リサイクル経路に設けられた流量制御器とを備え、圧力検知器の検出値を考慮して、リサイクル経路を介して原料ガスに添加される水素含有ガスの体積比率が下限値以上になるように流量制御器を制御する構成が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In order to supply more than a certain amount of hydrogen, it is equipped with a pressure detector that detects the pressure in the source gas supply path upstream from the junction with the recycle path, and a flow rate controller that is provided in the recycle path. In view of the detection value of the gas detector, a configuration is proposed in which the flow rate controller is controlled so that the volume ratio of the hydrogen-containing gas added to the raw material gas via the recycling path is equal to or higher than the lower limit (for example, a patent) Reference 2).
しかし、従来例は、水添脱硫反応に必要な適量のリサイクルガスを原料に供給する際に、リサイクルガス含有の原料流量の適切な制御については十分に検討されていない。 However, in the conventional example, when an appropriate amount of recycle gas necessary for the hydrodesulfurization reaction is supplied to the raw material, adequate control of the flow rate of the raw material containing the recycle gas has not been sufficiently studied.
本発明の一態様(aspect)は、このような事情に鑑みてなされたものであり、水添脱硫反応に必要な適量のリサイクルガスを原料に供給する際に、従来に比べ、リサイクルガス含有の原料流量を適切に制御し得る燃料電池システムを提供する。 An aspect of the present invention has been made in view of such circumstances, and when supplying an appropriate amount of recycle gas necessary for hydrodesulfurization reaction to a raw material, it contains a recycle gas as compared with the conventional case. A fuel cell system capable of appropriately controlling a raw material flow rate is provided.
上記課題を解決するため、本発明の一態様の燃料電池システムは、燃料電池と、前記原料中の硫黄成分を除去する水添脱硫器と、前記水添脱硫器からの原料を用いて、前記燃料電池に供給するための改質ガスを生成する改質器と、前記水添脱硫器に供給する原料が流れる原料経路と、前記水添脱硫器に原料を供給する定容積型の原料供給器と、前記改質器からの改質ガスの一部をリサイクルガスとして、前記原料供給器よりも上流の前記原料経路を流れる原料に供給するためのリサイクル経路と、前記リサイクル経路からのリサイクルガスが流入する合流部よりも上流の前記原料経路を流れる原料の流量を計測する原料流量計測器と、前記原料流量計測器を通過する原料の流量を調整する原料流量調整器と、前記原料供給器の吐出流量と前記原料流量計測器で計測される原料流量との流量差が、予め設定される差分量になるように、前記原料流量調整器及び前記原料供給器を制御する制御器と、を備える。 In order to solve the above problems, a fuel cell system according to an aspect of the present invention includes a fuel cell, a hydrodesulfurizer that removes sulfur components in the raw material, and a raw material from the hydrodesulfurizer. A reformer that generates reformed gas to be supplied to the fuel cell, a raw material path through which the raw material to be supplied to the hydrodesulfurizer flows, and a constant volume type raw material supplier that supplies the raw material to the hydrodesulfurizer A recycle path for supplying a part of the reformed gas from the reformer as a recycle gas to a raw material flowing through the raw material path upstream of the raw material supplier, and a recycle gas from the recycle path A raw material flow rate measuring device that measures the flow rate of the raw material flowing through the raw material path upstream from the inflowing junction, a raw material flow rate adjuster that adjusts the flow rate of the raw material passing through the raw material flow rate measuring device, and the raw material supply device Discharge flow rate and the above Flow rate difference between the material flow rate measured by mass flow instrument, so that the difference amount set in advance, and a controller for controlling the raw material flow regulator, and the raw material supplier.
本発明の一態様の燃料電池システムは、水添脱硫反応に必要な適量のリサイクルガスを原料に供給する際に、従来に比べ、リサイクルガス含有の原料流量を適切に制御し得る。 The fuel cell system of one embodiment of the present invention can appropriately control the flow rate of the raw material containing the recycle gas when supplying an appropriate amount of the recycle gas necessary for the hydrodesulfurization reaction to the raw material as compared with the conventional case.
(実施の形態1)
発明者らは、水添脱硫反応に必要な適量のリサイクルガスを原料に供給する際に、リサイクルガス含有の原料流量の適切な制御について鋭意検討し、以下の知見を得た。
(Embodiment 1)
The inventors diligently studied the appropriate control of the flow rate of the raw material containing recycle gas when supplying an appropriate amount of recycle gas necessary for the hydrodesulfurization reaction to the raw material, and obtained the following knowledge.
燃料電池の安定的な動作には、改質ガスの安定的な生成が重要となる。そして、改質ガスの安定的な生成には、改質触媒の硫黄被毒を防止する水添脱硫器の性能確保のため、水素(改質ガス)を一定量範囲内で原料に添加(リサイクル)する必要がある。また、改質器へ送られるリサイクルガス含有の原料流量は、改質反応における熱バランス及びスチームカーボン比等に影響を与える。よって、改質器へのガス供給量のばらつきを抑制する必要がある。特に、原料に改質ガスの一部をリサイクルする場合、リサイクルガス含有の原料流量のバランスを取ることが困難なことが多い。よって、発明者らは、このような原料供給系については未だ改善の余地があると判断している。 For stable operation of the fuel cell, stable generation of reformed gas is important. For stable generation of reformed gas, hydrogen (reformed gas) is added to the raw material within a certain range (recycling) in order to ensure the performance of the hydrodesulfurizer that prevents sulfur poisoning of the reforming catalyst. )There is a need to. In addition, the flow rate of the recycled gas-containing raw material sent to the reformer affects the heat balance and steam carbon ratio in the reforming reaction. Therefore, it is necessary to suppress variations in the amount of gas supplied to the reformer. In particular, when a part of the reformed gas is recycled to the raw material, it is often difficult to balance the flow rate of the raw material containing the recycled gas. Therefore, the inventors have determined that such a raw material supply system still has room for improvement.
そこで、本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池と、原料中の硫黄成分を除去する水添脱硫器と、水添脱硫器からの原料を用いて、燃料電池に供給するための改質ガスを生成する改質器と、水添脱硫器に供給する原料が流れる原料経路と、水添脱硫器に原料を供給する定容積型の原料供給器と、改質器からの改質ガスの一部をリサイクルガスとして、原料供給器よりも上流の原料経路を流れる原料に供給するためのリサイクル経路と、リサイクル経路からのリサイクルガスが流入する合流部よりも上流の原料経路を流れる原料の流量を計測する原料流量計測器と、原料流量計測器を通過する原料の流量を調整する原料流量調整器と、原料供給器の吐出流量と原料流量計測器で計測される原料流量との流量差が、予め設定される差分量になるように、原料流量調整器及び原料供給器を制御する制御器とを備える。 Therefore, the fuel cell system of this embodiment includes a fuel cell, a hydrodesulfurizer that removes sulfur components in the raw material, and a reformed gas for supplying the fuel cell using the raw material from the hydrodesulfurizer. A reformer that generates a hydrogen, a raw material path through which a raw material to be supplied to the hydrodesulfurizer flows, a constant-volume raw material supplier that supplies the raw material to the hydrodesulfurizer, and a reformed gas from the reformer. The recycling path for supplying the raw material flowing through the raw material path upstream from the raw material feeder, and the flow rate of the raw material flowing through the raw material path upstream from the junction where the recycle gas from the recycling path flows The flow rate difference between the raw material flow rate measuring device, the raw material flow rate adjusting device that adjusts the flow rate of the raw material passing through the raw material flow rate measuring device, and the raw material flow rate measured by the discharge flow rate of the raw material supply device, The amount of difference set in advance As such, and a controller for controlling the material flow regulator and raw material supplier.
かかる構成により、水添脱硫反応に必要な適量のリサイクルガスを原料に供給する際に、従来に比べ、リサイクルガス含有の原料流量を適切に制御し得る。 With this configuration, when supplying an appropriate amount of recycle gas necessary for the hydrodesulfurization reaction to the raw material, the flow rate of the raw material containing the recycle gas can be appropriately controlled as compared with the conventional case.
つまり、原料流量調整器を用いることで、原料流量を所望量に調整でき、定容積型の原料供給器を用いることで、リサイクルガス含有の原料を一定量、水添脱硫器及び改質器に供給できる。これにより、リサイクルガスが添加される前の原料流量と、リサイクルガスが添加された後の原料流量との流量差が、予め設定される差分量になるように制御できる。 In other words, the raw material flow rate regulator can be used to adjust the raw material flow rate to a desired amount, and the constant volume type raw material feeder can be used to supply a certain amount of recycled gas-containing raw material to the hydrodesulfurizer and reformer. Can supply. Thereby, it is possible to control the flow rate difference between the raw material flow rate before the recycle gas is added and the raw material flow rate after the recycle gas is added to a preset difference amount.
以上により、水添脱硫器に必要なリサイクルガス量を上記の流量差で確保し、燃料電池の発電に必要な所望量の原料流量を確保できるので、燃料電池システムを安定的に運転し得る。 As described above, the recycle gas amount necessary for the hydrodesulfurizer can be ensured with the above flow rate difference, and a desired amount of raw material flow rate necessary for power generation of the fuel cell can be secured, so that the fuel cell system can be stably operated.
以下、実施の形態1の具体例について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a specific example of the first embodiment will be described with reference to the drawings.
[装置構成]
図1は、実施の形態1の燃料電池システムの一例を示す図である。
[Device configuration]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a fuel cell system according to the first embodiment.
図1に示すように、燃料電池システム100は、燃料電池1と、改質器2と、水添脱硫器3と、原料経路4と、リサイクル経路5と、原料供給器6と、原料流量計測器7と、原料流量調整器8と、制御器9とを備える。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池1は、改質器2で生成された水素含有の改質ガス(アノードガス)を用いて発電する。なお、燃料電池1は、発電用の空気等のカソ−ドガス及び発電用のアノードガスの供給に用いるガス供給機構、カソードガスの予熱機構、発電利用後のアノードガス及びカソードガスの排出に用いる排ガス排出機構、及びカソードオフガス及びアノードオフガスから水を回収する水回収機構を備えるが、これらは公知である。よって、詳細な構成の説明は省略する。
The
燃料電池1としては、いずれの種類であってもよい。燃料電池1として、例えば、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、燐酸形燃料電池等が例示される。なお、燃料電池1が、固体酸化物形燃料電池の場合、改質器2と燃料電池1とが1つの容器内に内蔵されてもよい。
The
水添脱硫器3は、原料中の硫黄成分を除去する。水添脱硫器3は、容器に水添脱硫剤が充填される。水添脱硫剤として、例えば、銅及び亜鉛を含む水添触媒を用いることができる。水添脱硫剤は、本例に限定されるものではなく、Ni−Mo系又はCo−Mo系触媒と酸化亜鉛系触媒との組み合わせた触媒でもよい。水添脱硫剤が銅及び亜鉛を含む場合、水添脱硫器3は約150℃−350℃が適温の動作範囲となる。よって、水添脱硫器3での水添反応を高温条件で効果的に進行させるべく、水添脱硫器3を約250℃近傍の温度にまで加熱する。例えば、改質器2の加熱に用いた後の燃焼排ガス等により、水添脱硫器3を加熱する構成を取ることが多い。なお、原料として、メタンを主成分とする都市ガス又は天然ガス、LPG等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む燃料を例示できる。
The
改質器2は、水添脱硫器3からの原料を用いて、燃料電池1に供給するための改質ガスを生成する。具体的には、改質器2において、原料が改質反応して、水素含有の改質ガスが生成される。改質反応は、いずれの形態であってもよい。例えば、改質反応として、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化改質反応等を例示できる。改質器2の改質触媒として、例えば、Ru系触媒を用いることができる。改質器2の改質ガスは、燃料電池1の発電時の燃料であるアノードガスとして、改質ガス経路を介して燃料電池1に送られる。改質反応に必要な熱は、燃料電池1から排出される熱エネルギーを利用する。例えば、燃料電池1から排出されるカソードオフガス及びアノードオフガスの燃焼による燃焼熱を改質器2の加熱に用いるとよい。
The
リサイクル経路5は、改質器2からの改質ガスの一部をリサイクルガスとして、原料供給器6よりも上流の原料経路4を流れる原料に供給するための流路である。リサイクル経路5の上流端は、改質器2より送出された改質ガスが流れる経路であれば、いずれの箇所に接続されていても構わない。
The
原料供給器6は、水添脱硫器3に原料を供給する定容積型の供給器である。具体的には、原料供給器6は、原料経路4を流れる原料及び改質器2の下流の原料経路4から分岐されるリサイクル経路5を流れるリサイクルガスを吸引し、水添脱硫器3に、一定量のリサイクルガス含有の原料を供給する。原料供給器6は、水添脱硫器3に原料を供給する定容積型の供給器であれば、どのような構成であっても構わない。原料供給器6として、例えば、定容積型ポンプ等を例示できる。なお、原料は、原料供給源より供給される。原料供給源は、所定の供給圧を備える。原料供給源として、例えば、原料ボンベ、原料インフラ等を例示できる。例えば、原料経路4の上流端に天然ガスのインフラを接続することで天然ガスを原料に用いても構わない。
The
原料流量計測器7は、リサイクル経路5からのリサイクルガスが流入する合流部11よりも上流の原料経路4を流れる原料の流量を計測する。原料流量計測器7は、合流部11よりも上流の原料経路4を流れる原料の流量を計測できれば、どのような構成であっても構わない。原料流量計測器7として、例えば、流量計等を例示できる。流量計として、例えば、原料の質量流量を計測する質量流量計等を例示できる。
The raw material flow
原料流量調整器8は、原料流量計測器7を通過する原料の流量を調整する。原料流量調整器8は、原料流量計測器7を通過する原料の流量を調整できれば、どのような構成であっても構わない。
The raw material flow rate adjuster 8 adjusts the flow rate of the raw material passing through the raw material flow
制御器9は、原料供給器6の吐出流量と原料流量計測器7で計測される原料流量との流量差が、予め設定される差分量になるように、原料流量調整器8及び原料供給器6を制御する。制御器9は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であっても構わない。制御器9は、演算処理部(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)とを備える。演算処理部としては、例えば、MPU、CPU等を例示できる。記憶部としては、例えば、メモリ等を例示できる。制御器9は、集中制御を行う単独の制御器で構成されもいいし、分散制御を行う複数の制御器で構成されてもいい。
The
[動作]
図2は、実施の形態1の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、制御器9の制御プログラムにより行われる。
[Operation]
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation of the fuel cell system of the first embodiment. The following operations are performed by the control program of the
燃料電池システム100の運転中、原料経路4を流れる原料が、原料供給器6へ吸引される時、改質器2からの改質ガスの一部がリサイクルガスとして、リサイクル経路5を経て原料へ供給される。これにより、リサイクルガスが原料に混合されて、リサイクルガス含有の原料が原料供給器6で昇圧され、一定容積のリサイクルガス含有の原料が水添脱硫器3に送られる。リサイクルガスを水添脱硫器3に供給すると、水添脱硫器3は、原料中の硫黄化合物を水添反応により除去できる。改質器2では、水添脱硫器3からの原料の改質反応により、水素含有の改質ガスが生成され、改質ガス経路を通じて燃料電池1に供給される。燃料電池1では、発電に必要な改質ガス(アノードガス)及び空気(カソードガス)が供給され、これにより、燃料電池1の発電が行われる。燃料電池1に供給されたカソードガスは、燃料電池1のユニット内に設けられる図示しない熱交換器で、燃料電池1の発電時に発生する熱を利用して燃料電池1の動作に必要な温度まで予熱され、燃料電池1に送られる。
During operation of the
なお、制御器9の制御により運転に必要な補機類を動作させることで上記一連の運転が行われ、従来の燃料電池システム100の動作と同様に、電力と熱を供給する動作が行われる。
The above-described series of operations is performed by operating auxiliary devices necessary for the operation under the control of the
ここで、上記のとおり、燃料電池1の安定的な動作には、改質ガスの安定的な生成が重要となる。そして、改質ガスの安定的な生成には、改質触媒の硫黄被毒を防止する水添脱硫器3の性能確保のため、水素(改質ガス)を一定量範囲内で原料に添加(リサイクル)する必要がある。また、改質器2へ送られるリサイクルガス含有の原料の供給量は、改質器2における熱バランス及びスチームカーボン比(S/C比)等に影響を与える。例えば、リサイクルガス量が多い場合、改質反応に必要な温度にまで多量のリサイクルガスを加熱する必要があり、改質器2における必要熱量が増加する。また、リサイクルガスは水蒸気を含むので、リサイクル経路5での結露を防止のため、リサイクル経路5を流れるリサイクルガスを除湿する場合がある。この場合、リサイクルガス量のばらつきが大きいと、改質器2におけるS/C比のバランスが崩れる。よって、改質器2に供給するガス供給量のばらつきを抑制する必要がある。
Here, as described above, stable generation of reformed gas is important for stable operation of the
そこで、本実施形態では、原料流量計測器7で、図示しない原料供給源から送られる原料の原料流量が計測される。また、定容積型の原料供給器6の吐出流量が制御器9に取得される。例えば、制御器9は、原料供給器6への制御信号に基づいて上記吐出流量を把握できる。
Therefore, in this embodiment, the raw material flow
そして、図2に示すように、ステップS1で、原料供給器6の吐出流量と原料流量計測器7で計測される原料流量との流量差が、予め設定される差分量であるか否かが判定される。ステップS1の予め設定される差分量とは、燃料電池システム100の運転条件等により設定される適宜の設定範囲であってもいいし、適宜の設定基準値であってもいい。
Then, as shown in FIG. 2, in step S1, whether or not the flow rate difference between the discharge flow rate of the
例えば、予め設定される差分量が適宜の設定範囲である場合、この設定範囲の上限値及び下限値は、以下のように設定するとよい。 For example, when the difference amount set in advance is an appropriate setting range, the upper limit value and the lower limit value of the setting range may be set as follows.
設定範囲の下限値は、水添脱硫器3における水添反応に必要な水素量を確保できる値に設定し、上限値は、改質器2の改質反応での熱バランス、スチームカーボン比等に影響が少なくなる範囲内に設定する。例えば、下限値は、リサイクルガス含有の原料における水素濃度が、原料の2%以上になるように設定し、上限値は、改質器2における熱バランスを考慮して、水素濃度が原料の10%以下になるように設定しても構わない。なお、このような設定範囲の上限値及び下限値の数値は例示であって、本例に限定されない。
The lower limit of the setting range is set to a value that can secure the amount of hydrogen required for the hydrogenation reaction in the
但し、設定範囲の幅(上限値と下限値の差)が可能な限り小さくなるように設定する方がよい。更に、原料流量計測器7の計測誤差、及び原料供給器6の吐出流量誤差を考慮して流量範囲の上限値及び下限値を設定することで、燃料電池システム100の動作が敏感に反応することなく、燃料電池システム100を安定的に動作させることも可能である。
However, it is better to set the width of the setting range (the difference between the upper limit value and the lower limit value) as small as possible. Furthermore, the operation of the
ここで、ステップS1の流量差が、予め設定される差分量である場合、燃料電池システム100の運転をそのまま継続する(ステップS3)。
Here, when the flow rate difference in step S1 is a preset difference amount, the operation of the
一方、ステップS1の流量差が、予め設定される差分量でない場合、ステップS2で、この流量差が、予め設定される差分量になるように、原料流量調整器8及び原料供給器6が制御される。具体的には、これらの原料流量調整器8及び原料供給器6の操作量が変更される。例えば、原料流量調整器8が圧力調整弁であれば、圧力調整弁の開度が変更される。
On the other hand, if the flow rate difference in step S1 is not a preset difference amount, the raw material flow rate regulator 8 and the
上記のとおり、本実施の形態では、水添脱硫反応に必要な適量のリサイクルガスを原料に供給する際に、従来に比べ、リサイクルガス含有の原料流量を適切に制御し得る。 As described above, in this embodiment, when an appropriate amount of recycle gas necessary for the hydrodesulfurization reaction is supplied to the raw material, the flow rate of the raw material containing the recycle gas can be appropriately controlled as compared with the conventional case.
つまり、原料流量調整器8を用いることで、原料流量を所望量に調整でき、定容積型の原料供給器6を用いることで、リサイクルガス含有の原料を一定量、水添脱硫器3及び改質器2に供給できる。これにより、リサイクルガスが添加される前の原料流量とリサイクルガスが添加された後の原料流量との流量差を、予め設定される差分量になるように制御できる。
In other words, the raw material flow rate regulator 8 can be used to adjust the raw material flow rate to a desired amount, and the constant volume type
以上により、水添脱硫器3に必要なリサイクルガス量を上記の流量差で確保し、燃料電池1の発電に必要な所望量の原料流量を確保できるので、燃料電池システム100を安定的に運転し得る。
As described above, the amount of recycle gas necessary for the
なお、原料供給器6の吐出流量は、水添脱硫器3に必要なリサイクルガス量を上記の流量差で確保し、燃料電池1の発電に必要な所望量の原料流量を確保できるのであれば、必ずしも厳密に定量である必要はない。例えば、原料圧力(原料経路4を流れる原料の圧力)及び原料温度(原料経路4を流れる原料の温度)の変動等により、定容積型のポンプの吐出流量は変化する場合がある。この場合、例えば、燃料電池システム100の周辺温度が大幅に変化する環境下では、原料経路4に、原料圧力を検知する検知器、原料温度を検知する検知器を設け、これらの検知器の検知データに基づいて原料供給器6の動作を調整してもよい。これにより、燃料電池システム100の周辺温度が大幅に変化する環境下であっても、リサイクルガス含有の原料を高精度で定量、水添脱硫器3及び改質器2に供給できる。
Note that the discharge flow rate of the raw
(実施例1)
実施の形態1の実施例1の燃料電池システムは、実施の形態1の燃料電池システムにおいて、原料流量調整器は、リサイクル経路に設けられ、リサイクルガスの圧力を調整するための第1圧力調整器であり、制御器は、原料流量計測器で計測される原料流量が、燃料電池の発電量に基づいて予め設定される流量になるように第1圧力調整器を動作させ、原料供給器の吐出流量が、燃料電池の発電量に基づいて予め設定される流量になるように原料供給器を動作させる。
Example 1
The fuel cell system of Example 1 of
かかる構成によると、原料流量計測器で計測する原料流量を、燃料電池の発電に必要な流量になるように、第1圧力調整器によりリサイクル経路の圧損を調整できる。つまり、リサイクルガス含有の原料が定量であると、リサイクルガス流量を制御することで、原料経路を流れる原料流量を所望量に調整できる。 According to such a configuration, the pressure loss of the recycling path can be adjusted by the first pressure regulator so that the raw material flow rate measured by the raw material flow rate measuring device becomes a flow rate necessary for power generation of the fuel cell. That is, when the amount of the raw material containing the recycle gas is fixed, by controlling the recycle gas flow rate, the flow rate of the raw material flowing through the raw material path can be adjusted to a desired amount.
また、定容積型の原料供給器を用いることで、原料供給器の吐出流量を、燃料電池の発電に必要な流量となるように調整できる。 Further, by using a constant volume type material supply device, the discharge flow rate of the material supply device can be adjusted to a flow rate necessary for power generation of the fuel cell.
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、実施の形態1の燃料電池システムと同様に構成してもよい。 The fuel cell system of this example may be configured in the same manner as the fuel cell system of the first embodiment except for the above characteristics.
[装置構成]
図3は、実施の形態1の実施例1の燃料電池システムの一例を示す図である。
[Device configuration]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a fuel cell system according to Example 1 of the first embodiment.
図3に示すように、燃料電池システム100は、燃料電池1と、改質器2と、水添脱硫器3と、原料経路4と、リサイクル経路5と、原料供給器6と、原料流量計測器7と、第1圧力調整器8Aと、制御器9とを備える。燃料電池1、改質器2、水添脱硫器3、原料経路4、リサイクル経路5、原料供給器6及び原料流量計測器7については実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
As shown in FIG. 3, the
本実施例では、原料流量調整器8は、リサイクル経路5に設けられ、リサイクルガスの圧力を調整するための第1圧力調整器8Aである。第1圧力調整器8Aは、リサイクルガスの圧力を調整できれば、どのような構成であっても構わない。第1圧力調整器8Aとして、例えば、リサイクル経路5の圧損を調整する圧力調整弁等を例示できる。圧力調整弁として、例えば、ニードル弁等を例示できる。
In the present embodiment, the raw material flow rate adjuster 8 is a
制御器9は、原料流量計測器7で計測される原料流量が、燃料電池1の発電量に基づいて予め設定される流量になるように第1圧力調整器8Aを動作させ、原料供給器6の吐出流量が、燃料電池1の発電量に基づいて予め設定される流量になるように原料供給器6を動作させる。
The
以上により、原料流量計測器7で計測する原料流量を、燃料電池1の発電に必要な流量になるように、第1圧力調整器8Aでリサイクル経路5の圧損を調整できる。つまり、リサイクルガス含有の原料が定量であると、リサイクルガス流量を制御することで、原料経路4を流れる原料流量を所望量に調整できる。
As described above, the pressure loss of the
また、定容積型の原料供給器6を用いることで、原料供給器6の吐出流量を燃料電池1の発電に必要な流量となるように調整できる。つまり、定容積型の原料供給器6により、リサイクル経路5の圧損の変化に寄らずに、水添脱硫器3及び改質器2にリサイクル含有の原料を定量供給できる。これにより、リサイクルガスが添加される前の原料流量とリサイクルガスが添加された後の原料流量との流量差を、予め設定される差分量になるように制御できる。
Further, by using the constant volume type
よって、水添脱硫器3に必要なリサイクルガス量を上記の流量差で確保し、燃料電池1の発電に必要な所望量の原料流量を確保できるので、燃料電池システム100を安定的に運転し得る。
Therefore, the recycle gas amount necessary for the
(実施例2)
実施の形態1の実施例2の燃料電池システムは、実施の形態1の燃料電池システムにおいて、原料流量調整器は、合流部よりも上流の原料経路に設けられ、原料経路を流れる原料の圧力を調整するための第2圧力調整器であり、制御器は、原料流量計測器で計測される原料流量が、燃料電池の発電量に基づいて予め設定される流量になるように第2圧力調整器を動作させ、原料供給器の吐出流量が、燃料電池の発電量に基づいて予め設定される流量になるように原料供給器を動作させる。
(Example 2)
The fuel cell system of Example 2 of the first embodiment is the same as the fuel cell system of the first embodiment, wherein the raw material flow rate regulator is provided in the raw material path upstream from the junction, and the pressure of the raw material flowing through the raw material path is adjusted. A second pressure regulator for adjusting the second pressure regulator so that the raw material flow rate measured by the raw material flow rate meter is a flow rate set in advance based on the power generation amount of the fuel cell. And the raw material supplier is operated so that the discharge flow rate of the raw material supplier becomes a flow rate set in advance based on the power generation amount of the fuel cell.
かかる構成によると、原料流量計測器で計測する原料流量を、燃料電池の発電に必要な流量になるように、第2圧力調整器により原料経路の圧損を調整できる。 According to such a configuration, the pressure loss of the raw material path can be adjusted by the second pressure regulator so that the raw material flow rate measured by the raw material flow rate measuring device becomes a flow rate necessary for power generation of the fuel cell.
また、定容積型の原料供給器を用いることで、原料供給器の吐出流量を燃料電池の発電に必要な流量となるように調整できる。 Further, by using a constant volume type material supply device, the discharge flow rate of the material supply device can be adjusted to a flow rate necessary for power generation of the fuel cell.
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、実施の形態1の燃料電池システムと同様に構成してもよい。 The fuel cell system of this example may be configured in the same manner as the fuel cell system of the first embodiment except for the above characteristics.
[装置構成]
図4は、実施の形態1の実施例2の燃料電池システムの一例を示す図である。
[Device configuration]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a fuel cell system according to Example 2 of the first embodiment.
図4に示すように、燃料電池システム100は、燃料電池1と、改質器2と、水添脱硫器3と、原料経路4と、リサイクル経路5と、原料供給器6と、原料流量計測器7と、第2圧力調整器8Bと、制御器9とを備える。燃料電池1、改質器2、水添脱硫器3、原料経路4、リサイクル経路5、原料供給器6及び原料流量計測器7については実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
As shown in FIG. 4, the
本実施例では、原料流量調整器8は、合流部11よりも上流の原料経路4に設けられ、原料経路4を流れる原料の圧力を調整するための第2圧力調整器8Bである。第2圧力調整器8Bは、リサイクルガスの圧力を調整できれば、どのような構成であっても構わない。第2圧力調整器8Bとして、例えば、原料経路4の圧損を調整する圧力調整弁等を例示できる。圧力調整弁として、例えば、ニードル弁等を例示できる。また、第2圧力調整器8Bは、合流部11よりも上流の原料経路4であれば、いずれの箇所に設けても構わない。例えば、本実施例では、第2圧力調整器8Bが、原料流量計測器7と合流部11との間の原料経路4に設けられているが、第2圧力調整器が、原料流量計測器7よりも上流の原料経路4に設けられていてもよい。
In the present embodiment, the raw material flow rate regulator 8 is a second pressure regulator 8 </ b> B that is provided in the
制御器9は、原料流量計測器7で計測される原料流量が、燃料電池1の発電量に基づいて予め設定される流量になるように第2圧力調整器8Bを動作させ、原料供給器6の吐出流量が、燃料電池1の発電量に基づいて予め設定される流量になるように原料供給器6を動作させる。
The
以上により、原料流量計測器7で計測する原料流量を、燃料電池1の発電に必要な流量になるように、第2圧力調整器8Bで原料経路4の圧損を調整できる。
By the above, the pressure loss of the raw material path |
また、定容積型の原料供給器6の吐出流量を、燃料電池1の発電に必要な流量となるように調整できる。つまり、定容積型の原料供給器6により、原料経路4の圧損の変化に寄らずに、水添脱硫器3及び改質器2にリサイクル含有の原料を定量供給できる。これにより、リサイクルガスが添加される前の原料流量とリサイクルガスが添加された後の原料流量との流量差を、予め設定される差分量になるように制御できる。
In addition, the discharge flow rate of the constant volume type
よって、水添脱硫器3に必要なリサイクルガス量を上記の流量差で確保し、燃料電池1の発電に必要な所望量の原料流量を確保できるので、燃料電池システム100を安定的に運転し得る。
Therefore, the recycle gas amount necessary for the
(実施の形態2)
実施の形態2の燃料電池システムは、実施の形態1の燃料電池システムにおいて、改質器の温度を検出する温度検知器と、燃料電池のアノードオフガスの燃焼熱を用いて改質器を加熱する燃焼器と、を更に備え、制御器は、原料流量計測器で計測される原料流量が、燃料電池の発電量に基づいて予め設定される流量範囲内である場合において、温度検知器で検知される検知温度が、予め設定される温度になるように原料流量調整器を動作させ、原料供給器の吐出流量と原料流量計測器で計測される原料流量との流量差が、予め設定される差分量になるように原料供給器を動作させる。
(Embodiment 2)
The fuel cell system according to the second embodiment is the same as the fuel cell system according to the first embodiment, in which the temperature detector for detecting the temperature of the reformer and the combustion heat of the anode off gas of the fuel cell are used to heat the reformer. A combustor, and the controller detects the temperature of the raw material flow rate measured by the raw material flow rate measuring device when the raw material flow rate is within a preset flow rate range based on the power generation amount of the fuel cell. The raw material flow controller is operated so that the detected temperature becomes a preset temperature, and the difference between the discharge flow rate of the raw material feeder and the raw material flow rate measured by the raw material flow meter is a preset difference. The raw material feeder is operated so as to obtain a quantity.
かかる構成によると、原料流量計測器で計測される原料流量が、燃料電池の発電に必要な流量範囲内であることを前提として、原料流量調整器の動作に基づいて原料経路を流れる原料流量を精細に制御できる。その結果、改質器の改質反応に必要な熱量が適量になるように、燃料電池から燃焼器へのアノードオフガス量を制御できる。よって、かかる制御を行わない場合に比べ、改質器の改質ガス生成を安定化できる。 According to this configuration, on the assumption that the raw material flow rate measured by the raw material flow rate measuring device is within the flow rate range necessary for power generation of the fuel cell, the raw material flow rate flowing through the raw material path is determined based on the operation of the raw material flow rate regulator. Fine control. As a result, the anode off-gas amount from the fuel cell to the combustor can be controlled so that the amount of heat necessary for the reforming reaction of the reformer becomes an appropriate amount. Therefore, compared with the case where such control is not performed, the reformed gas generation of the reformer can be stabilized.
また、定容積型の原料供給器を用いることで、リサイクルガス含有の原料を一定量、水添脱硫器及び改質器に供給できる。これにより、リサイクルガスが添加される前の原料流量と、リサイクルガスが添加された後の原料流量との流量差が、予め設定される差分量になるように制御できる。 In addition, by using a constant volume type material supply device, a certain amount of the material containing the recycle gas can be supplied to the hydrodesulfurizer and the reformer. Thereby, it is possible to control the flow rate difference between the raw material flow rate before the recycle gas is added and the raw material flow rate after the recycle gas is added to a preset difference amount.
以上により、水添脱硫器に必要なリサイクルガス量を上記の流量差で確保し、燃料電池の発電に必要な所望量の原料流量を確保できるので、燃料電池システムを安定的に運転し得る。 As described above, the recycle gas amount necessary for the hydrodesulfurizer can be ensured with the above flow rate difference, and a desired amount of raw material flow rate necessary for power generation of the fuel cell can be secured, so that the fuel cell system can be stably operated.
本実施の形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、実施の形態1の燃料電池システムと同様に構成してもよい。 The fuel cell system of the present embodiment may be configured in the same manner as the fuel cell system of the first embodiment except for the above features.
[装置構成]
図5は、実施の形態2の燃料電池システムの一例を示す図である。
[Device configuration]
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a fuel cell system according to the second embodiment.
図5に示すように、燃料電池システム100は、燃料電池1と、改質器2と、水添脱硫器3と、原料経路4と、リサイクル経路5と、原料供給器6と、原料流量計測器7と、原料流量調整器8と、制御器9、温度検知器10と、燃焼器12と、を備える。燃料電池1、改質器2、水添脱硫器3、原料経路4、リサイクル経路5、原料供給器6、原料流量計測器7及び原料流量調整器8については実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
As shown in FIG. 5, the
温度検知器10は、改質器2の温度を検出する。温度検知器10は、改質器2の温度を直接的又は間接的に検知できれば、どのような構成であっても構わない。つまり、改質器2に温度検知器10を設け、改質器2の温度を直接的に検知してもいいし、改質器2の温度と相関する所定の箇所に温度検知器10を設け、改質器2の温度を間接的に検知してもいい。温度検知器10として、例えば、熱電対、サーミスタ等を例示できる。
The
燃焼器12は、燃料電池1のアノードオフガスの燃焼熱を用いて改質器2を加熱する。例えば、燃焼器12には、燃料として、燃料電池1のアノードオフガス及びカソードオフガスが供給される。燃焼器12は、アノードオフガスの燃焼熱を用いて改質器2を加熱できれば、どのような構成であっても構わない。例えば、燃焼器12は、アノードオフガス及びカソードオフガスを外部で予め混合させて供給する予混合燃焼バーナであってもいいし、これらを個別に供給して内部で混合させる拡散燃焼バーナであってもいい。
The combustor 12 heats the
制御器9は、原料流量計測器7で計測される原料流量が、燃料電池1の発電量に基づいて予め設定される流量範囲内である場合において、温度検知器10で検知される検知温度が、予め設定される温度になるように原料流量調整器8を動作させ、原料供給器6の吐出流量と原料流量計測器7で計測される原料流量との流量差が、予め設定される差分量になるように原料供給器6を動作させる。
The
[動作]
図6は、実施の形態2の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、制御器9の制御プログラムにより行われる。
[Operation]
FIG. 6 is a flowchart showing an example of the operation of the fuel cell system of the second embodiment. The following operations are performed by the control program of the
本実施の形態では、制御器9の制御により運転に必要な補機類を動作させることで実施の形態1と同様の一連の運転が行われ、従来の燃料電池システム100の動作と同様に、電力と熱を供給する動作が行われる。
In the present embodiment, a series of operations similar to those in the first embodiment are performed by operating the auxiliary machinery necessary for the operation under the control of the
このとき、燃料電池1の発電で余剰なカソードオフガス及びアノードオフガスは、燃焼器12において燃焼される。そして、アノードオフガスの燃焼による燃焼熱は、改質器2の改質反応に利用される。更に、改質反応に必要な熱を付与した燃焼排ガスは、水添脱硫器3に送られ、本燃焼排ガスの熱は、水添脱硫器3の水添脱硫剤の加熱に利用される。
At this time, excess cathode offgas and anode offgas generated by the power generation of the
ここで、燃料電池1の発電量が増加する場合、原料経路4を流れる原料流量が一定であると、燃焼器12に送られるアノードオフガス量が減少する。その結果、改質器2の加熱に用いる熱量が不足し、改質器2の温度が予め設定される温度(適温)を下回る場合がある。
Here, when the power generation amount of the
逆に、燃料電池1の発電量が減少する場合、原料経路4を流れる原料流量が一定であると、燃焼器12に送られるアノードオフガス量は増加する。その結果、改質器2で加熱に用いる熱量が超過し、改質器2の温度が適温を超える場合がある。
Conversely, when the amount of power generated by the
そこで、本実施形態では、原料流量計測器7で計測される原料流量が、燃料電池1の発電量に基づいて予め設定される流量範囲内である場合において、温度検知器10により改質器2の温度を検知し、温度検知器10の検知温度が、予め設定される温度となるように、上記の流量範囲内において原料経路4を流れる原料流量が調整されている。
Therefore, in this embodiment, when the raw material flow rate measured by the raw material flow
具体的には、図6に示すように、ステップS4で、温度検知器10で検知される検知温度が、予め設定される温度であるか否かが判定される。ステップS4の予め設定される温度とは、燃料電池システム100の運転条件等により設定される適宜の設定範囲であってもいいし、適宜の設定基準値であってもいい。
Specifically, as shown in FIG. 6, in step S4, it is determined whether or not the detected temperature detected by the
なお、改質器2の温度は、改質器2における原料の転化率(反応率)に影響を及ぼす。よって、ステップS4の予め設定される温度は、燃料電池1の発電に必要な改質ガスでの水素濃度を確保し得る温度、燃料電池1での動作温度を維持するために改質ガスでのメタン濃度を確保する温度とする方がよい。本実施の形態では、予め設定される温度として、約630℃に設定している。なお、この設定温度の数値は例示であって、本例に限定されない。
The temperature of the
ステップS4の検知温度が、予め設定される温度でない場合、ステップS5で、本検知温度が、予め設定される温度になるように、原料流量調整器8が制御される。具体的には、これらの原料流量調整器8の操作量が変更される。例えば、原料流量調整器8が圧力調整弁であれば、圧力調整弁の開度が変更される。 If the detected temperature in step S4 is not a preset temperature, the raw material flow rate regulator 8 is controlled in step S5 so that the detected temperature becomes a preset temperature. Specifically, the operation amount of these raw material flow rate regulators 8 is changed. For example, if the raw material flow regulator 8 is a pressure regulating valve, the opening degree of the pressure regulating valve is changed.
ステップS4の検知温度が、予め設定される温度である場合、次の判定ステップに進み、ステップS1Aで、原料供給器6の吐出流量と原料流量計測器7で計測される原料流量との流量差が、予め設定される差分量であるか否かが判定される。なお、本実施の形態のステップS1Aは、実施の形態1のステップS1と同様であるので詳細な説明は省略する。
When the detected temperature in step S4 is a preset temperature, the process proceeds to the next determination step, and in step S1A, the flow rate difference between the discharge flow rate of the raw
ステップS1Aの流量差が、予め設定される差分量である場合、燃料電池システム100の運転をそのまま継続する(ステップS3)。
When the flow rate difference in step S1A is a preset difference amount, the operation of the
ステップS1Aの流量差が、予め設定される差分量でない場合、ステップS2Aで、この流量差が、予め設定される差分量になるように、原料供給器6が制御される。具体的には、原料供給器6の操作量が変更される。
When the flow rate difference in step S1A is not a preset difference amount, in step S2A, the
上記のとおり、本実施の形態では、原料流量計測器7で計測される原料流量が、燃料電池1の発電に必要な流量範囲内であることを前提として、原料流量調整器8の動作に基づいて原料経路4を流れる原料流量を精細に制御できる。その結果、改質器2の改質反応に必要な熱量が適量になるように、燃料電池1から燃焼器12へのアノードオフガス量を制御できる。よって、かかる制御を行わない場合に比べ、改質器2の改質ガス生成を安定化できる。
As described above, the present embodiment is based on the operation of the raw material flow rate regulator 8 on the assumption that the raw material flow rate measured by the raw material flow
また、定容積型の原料供給器6を用いることで、リサイクルガス含有の原料を一定量、水添脱硫器3及び改質器2に供給できる。これにより、リサイクルガスが添加される前の原料流量と、リサイクルガスが添加された後の原料流量との流量差が、予め設定される差分量になるように制御できる。
Further, by using the constant volume type
以上により、水添脱硫器3に必要なリサイクルガス量を上記の流量差で確保し、燃料電池1の発電に必要な所望量の原料流量を確保できるので、燃料電池システム100を安定的に運転し得る。
As described above, the amount of recycle gas necessary for the
(実施例1)
実施の形態2の実施例1の燃料電池システムは、実施の形態2の燃料電池システムにおいて、原料流量調整器は、リサイクル経路に設けられ、リサイクルガスの圧力を調整するための第1圧力調整器であり、制御器は、温度検知器で検知される検知温度が、予め設定される温度になるように第1圧力調整器を動作させ、原料供給器の吐出流量が、燃料電池の発電量に基づいて予め設定される流量範囲内になるように原料供給器を動作させる。
Example 1
The fuel cell system of Example 1 of
かかる構成によると、原料流量計測器で計測する原料流量が、燃料電池の発電に必要な流量範囲内であることを前提として、第1圧力調整器によりリサイクル経路の圧損を精細に調整できる。つまり、リサイクルガス含有の原料が定量であると、リサイクルガス流量を制御することで、原料経路を流れる原料流量を所望量に調整できる。その結果、改質器の改質反応に必要な熱量が適量になるように、燃料電池から燃焼器へのアノードオフガス量を制御できる。よって、かかる制御を行わない場合に比べ、改質器の改質ガス生成を安定化できる。 According to such a configuration, it is possible to finely adjust the pressure loss of the recycle path by the first pressure regulator on the assumption that the raw material flow rate measured by the raw material flow rate meter is within the flow rate range necessary for power generation of the fuel cell. That is, when the amount of the raw material containing the recycle gas is fixed, by controlling the recycle gas flow rate, the flow rate of the raw material flowing through the raw material path can be adjusted to a desired amount. As a result, the anode off-gas amount from the fuel cell to the combustor can be controlled so that the amount of heat necessary for the reforming reaction of the reformer becomes an appropriate amount. Therefore, compared with the case where such control is not performed, the reformed gas generation of the reformer can be stabilized.
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、実施の形態2の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
The fuel cell system of this example may be configured in the same manner as the fuel cell system of
[装置構成]
図7は、実施の形態2の実施例1の燃料電池システムの一例を示す図である。
[Device configuration]
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a fuel cell system according to Example 1 of the second embodiment.
図7に示すように、燃料電池システム100は、燃料電池1と、改質器2と、水添脱硫器3と、原料経路4と、リサイクル経路5と、原料供給器6と、原料流量計測器7と、第1圧力調整器8Aと、制御器9と、温度検知器10と、燃焼器12と、を備える。燃料電池1、改質器2、水添脱硫器3、原料経路4、リサイクル経路5、原料供給器6及び原料流量計測器7については実施の形態1と同様であるので説明を省略する。また、第1圧力調整器8Aについては実施の形態1の実施例1と同様であるので説明を省略する。更に、温度検知器10及び燃焼器12については実施の形態2と同様であるので説明を省略する。
As shown in FIG. 7, the
本実施例では、制御器9は、温度検知器10で検知される検知温度が、予め設定される温度になるように第1圧力調整器を動作させ、原料供給器6の吐出流量が、燃料電池1の発電量に基づいて予め設定される流量範囲内になるように原料供給器6を動作させる。
In the present embodiment, the
以上により、原料流量計測器7で計測する原料流量が、燃料電池1の発電に必要な流量範囲内であることを前提として、第1圧力調整器8Aによりリサイクル経路5の圧損を精細に調整できる。つまり、リサイクルガス含有の原料が定量であると、リサイクルガス流量を制御することで、原料経路4を流れる原料流量を所望量に調整できる。その結果、改質器2の改質反応に必要な熱量が適量になるように、燃料電池1から燃焼器12へのアノードオフガス量を制御できる。よって、かかる制御を行わない場合に比べ、改質器2の改質ガス生成を安定化できる。
As described above, the pressure loss of the
(実施例2)
実施の形態2の実施例2の燃料電池システムは、実施の形態2の燃料電池システムにおいて、原料流量調整器は、合流部よりも上流の原料経路に設けられ、原料経路を流れる原料の圧力を調整するための第2圧力調整器であり、制御器は、温度検知器で検知される検知温度が、予め設定される温度になるように第2圧力調整器を動作させ、原料供給器の吐出流量が、燃料電池の発電量に基づいて予め設定される流量範囲内になるように原料供給器を動作させる。
(Example 2)
The fuel cell system of Example 2 of the second embodiment is the same as the fuel cell system of the second embodiment, wherein the raw material flow rate regulator is provided in the raw material path upstream from the junction, and the pressure of the raw material flowing through the raw material path is adjusted. A second pressure regulator for adjusting, and the controller operates the second pressure regulator so that the detected temperature detected by the temperature detector becomes a preset temperature, and the discharge of the raw material supplier The raw material supplier is operated so that the flow rate falls within a flow rate range set in advance based on the power generation amount of the fuel cell.
かかる構成によると、原料流量計測器で計測する原料流量が、燃料電池の発電に必要な流量範囲であることを前提として、第2圧力調整器により原料経路の圧損を精細に調整できる。その結果、改質器の改質反応に必要な熱量が適量になるように、燃料電池から燃焼器へのアノードオフガス量を制御できる。よって、かかる制御を行わない場合に比べ、改質器の改質ガス生成を安定化できる。 According to such a configuration, it is possible to finely adjust the pressure loss of the raw material path by the second pressure regulator on the assumption that the raw material flow rate measured by the raw material flow rate measuring device is in a flow rate range necessary for power generation of the fuel cell. As a result, the anode off-gas amount from the fuel cell to the combustor can be controlled so that the amount of heat necessary for the reforming reaction of the reformer becomes an appropriate amount. Therefore, compared with the case where such control is not performed, the reformed gas generation of the reformer can be stabilized.
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、実施の形態2の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
The fuel cell system of this example may be configured in the same manner as the fuel cell system of
[装置構成]
図8は、実施の形態2の実施例2の燃料電池システムの一例を示す図である。
[Device configuration]
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a fuel cell system according to Example 2 of the second embodiment.
図8に示すように、燃料電池システム100は、燃料電池1と、改質器2と、水添脱硫器3と、原料経路4と、リサイクル経路5と、原料供給器6と、原料流量計測器7と、第2圧力調整器8Bと、制御器9と、温度検知器10と、燃焼器12と、を備える。燃料電池1、改質器2、水添脱硫器3、原料経路4、リサイクル経路5、原料供給器6及び原料流量計測器7については実施の形態1と同様であるので説明を省略する。また、第2圧力調整器8Bについては実施の形態1の実施例2と同様であるので説明を省略する。更に、温度検知器10及び燃焼器12については実施の形態2と同様であるので説明を省略する。
As shown in FIG. 8, the
本実施例では、制御器9は、温度検知器10で検知される検知温度が、予め設定される温度になるように第2圧力調整器8Bを動作させ、原料供給器6の吐出流量が、燃料電池1の発電量に基づいて予め設定される流量範囲内になるように原料供給器6を動作させる。
In this embodiment, the
以上により、原料流量計測器7で計測する原料流量が、燃料電池1の発電に必要な流量範囲内であることを前提として、第2圧力調整器8Bにより原料経路4の圧損を精細に調整できる。その結果、改質器2の改質反応に必要な熱量が適量になるように、燃料電池1から燃焼器12へのアノードオフガス量を制御できる。よって、かかる制御を行わない場合に比べ、改質器2の改質ガス生成を安定化できる。
As described above, the pressure loss of the
本発明の一態様は、水添脱硫反応に必要な適量のリサイクルガスを原料に供給する際に、従来に比べ、リサイクルガス含有の原料流量を適切に制御し得る。よって、本発明の一態様は、例えば、燃料電池システムに利用できる。 According to one embodiment of the present invention, when an appropriate amount of recycle gas necessary for hydrodesulfurization reaction is supplied to a raw material, the flow rate of the raw material containing the recycle gas can be appropriately controlled as compared with the conventional case. Thus, one embodiment of the present invention can be used, for example, in a fuel cell system.
1 :燃料電池
2 :改質器
3 :水添脱硫器
4 :原料経路
5 :リサイクル経路
6 :原料供給器
7 :原料流量計測器
8 :原料流量調整器
8A :第1圧力調整器
8B :第2圧力調整器
9 :制御器
10 :温度検知器
11 :合流部
12 :燃焼器
100 :燃料電池システム
1: Fuel cell 2: Reformer 3: Hydrodesulfurizer 4: Raw material path 5: Recycling path 6: Raw material feeder 7: Raw material flow meter 8: Raw
Claims (3)
前記原料中の硫黄成分を除去する水添脱硫器と、
前記水添脱硫器からの原料を用いて、前記燃料電池に供給するための改質ガスを生成する改質器と、
前記水添脱硫器に供給する原料が流れる原料経路と、
前記水添脱硫器に原料を供給する定容積型の原料供給器と、
前記改質器からの改質ガスの一部をリサイクルガスとして、前記原料供給器よりも上流の前記原料経路を流れる原料に供給するためのリサイクル経路と、
前記リサイクル経路からのリサイクルガスが流入する合流部よりも上流の前記原料経路を流れる原料の流量を計測する原料流量計測器と、
前記原料流量計測器を通過する原料の流量を調整する原料流量調整器と、
前記改質器の温度を検出する温度検知器と、
前記燃料電池のアノードオフガスの燃焼熱を用いて前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記原料流量計測器で計測される原料流量が、前記燃料電池の発電量に基づいて予め設定される流量範囲内である場合において、前記温度検知器で検知される検知温度が、予め設定される温度になるように前記原料流量調整器を動作させ、前記原料供給器の吐出流量と前記原料流量計測器で計測される原料流量との流量差が、予め設定される差分量になるように、前記原料供給器を動作させる制御器と、を備える燃料電池システム。 A fuel cell;
A hydrodesulfurizer for removing sulfur components in the raw material;
A reformer that generates a reformed gas to be supplied to the fuel cell using the raw material from the hydrodesulfurizer;
A raw material path through which a raw material supplied to the hydrodesulfurizer flows;
A constant-volume raw material supplier for supplying raw material to the hydrodesulfurizer;
Recycle path for supplying a part of the reformed gas from the reformer as a recycle gas to the raw material flowing through the raw material path upstream from the raw material supply unit;
A raw material flow rate measuring device for measuring the flow rate of the raw material flowing through the raw material path upstream from the joining portion into which the recycle gas from the recycling path flows;
A raw material flow controller for adjusting the flow rate of the raw material passing through the raw material flow meter;
A temperature detector for detecting the temperature of the reformer;
A combustor that heats the reformer using combustion heat of the anode offgas of the fuel cell;
When the raw material flow rate measured by the raw material flow rate measuring device is within a flow rate range set in advance based on the power generation amount of the fuel cell, the detection temperature detected by the temperature detector is preset. Operate the raw material flow rate regulator so as to reach a temperature, so that the difference in flow rate between the discharge flow rate of the raw material supply device and the raw material flow rate measured by the raw material flow rate meter becomes a preset difference amount, A fuel cell system comprising: a controller that operates the raw material supplier .
前記制御器は、前記温度検知器で検知される検知温度が、予め設定される温度になるように前記第1圧力調整器を動作させ、前記原料供給器の吐出流量が、前記燃料電池の発電量に基づいて前記予め設定される流量範囲内になるように前記原料供給器を動作させる請求項1に記載の燃料電池システム。 The raw material flow rate regulator is a first pressure regulator for adjusting the pressure of the recycle gas provided in the recycling path,
The controller operates the first pressure regulator so that a detected temperature detected by the temperature detector becomes a preset temperature, and a discharge flow rate of the raw material supplier is set to generate power of the fuel cell. the fuel cell system according to claim 1 for operating the raw material supply unit to be within the flow rate range the set in advance based on an amount.
前記制御器は、前記温度検知器で検知される検知温度が、予め設定される温度になるように前記第2圧力調整器を動作させ、前記原料供給器の吐出流量が、前記燃料電池の発電量に基づいて前記予め設定される流量範囲内になるように前記原料供給器を動作させる請求項1に記載の燃料電池システム。 The raw material flow rate regulator is a second pressure regulator for adjusting the pressure of the raw material provided in the raw material path upstream of the merging portion and flowing through the raw material path,
The controller operates the second pressure regulator so that a detected temperature detected by the temperature detector becomes a preset temperature, and a discharge flow rate of the raw material supplier is set to generate power of the fuel cell. the fuel cell system according to claim 1 for operating the raw material supply unit to be within the flow rate range the set in advance based on an amount.
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