JPH0594834A - 燃料電池発電装置の運転方法 - Google Patents
燃料電池発電装置の運転方法Info
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- JPH0594834A JPH0594834A JP3254051A JP25405191A JPH0594834A JP H0594834 A JPH0594834 A JP H0594834A JP 3254051 A JP3254051 A JP 3254051A JP 25405191 A JP25405191 A JP 25405191A JP H0594834 A JPH0594834 A JP H0594834A
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- reformer
- fuel cell
- gas
- load operation
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】改質器内の各反応管の温度を原料ガス量の少な
い低負荷運転領域においても均一に保持する。 【構成】内部に触媒が充填されている円筒状の反応管10
を複数個内臓すると共に加熱するためのバーナ11を設け
ている改質器２で、脱硫装置１により脱硫した原料ガス
を水蒸気分離器７からの水蒸気を供給して水蒸気改質を
させる。この水蒸気改質用の水蒸気量を低負荷運転領域
では高負荷運転領域のＳ／Ｃ値より大きくなるように設
定して供給する。
い低負荷運転領域においても均一に保持する。 【構成】内部に触媒が充填されている円筒状の反応管10
を複数個内臓すると共に加熱するためのバーナ11を設け
ている改質器２で、脱硫装置１により脱硫した原料ガス
を水蒸気分離器７からの水蒸気を供給して水蒸気改質を
させる。この水蒸気改質用の水蒸気量を低負荷運転領域
では高負荷運転領域のＳ／Ｃ値より大きくなるように設
定して供給する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置の運
転方法に係り、特に原料ガスを改質器で水蒸気改質する
ための水蒸気量を低負荷運転領域で制御する方法に関す
るものである。
転方法に係り、特に原料ガスを改質器で水蒸気改質する
ための水蒸気量を低負荷運転領域で制御する方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料が有しているエネルギーを直接電気
エネルギーに変換するシステムとして、燃料電池発電装
置が知られている。この燃料電池発電装置の主要部を構
成する燃料電池は、通常電解質を挟んで一対の多孔質電
極を配置して構成され、多孔質電極の一方は燃料極と呼
ばれ背面側に水素リッチガス等の燃料を接触させ、多孔
質電極の他方は空気極と呼ばれ背面側に空気等の酸化剤
を接触させ、このときの電気化学反応により電気エネル
ギーを発生する。
エネルギーに変換するシステムとして、燃料電池発電装
置が知られている。この燃料電池発電装置の主要部を構
成する燃料電池は、通常電解質を挟んで一対の多孔質電
極を配置して構成され、多孔質電極の一方は燃料極と呼
ばれ背面側に水素リッチガス等の燃料を接触させ、多孔
質電極の他方は空気極と呼ばれ背面側に空気等の酸化剤
を接触させ、このときの電気化学反応により電気エネル
ギーを発生する。
【０００３】ところで、従来のこの種の燃料電池発電装
置においては、燃料である水素リッチガスは、メタンま
たはそれ以上の重炭化水素を含む化学燃料を原料として
水蒸気改質により得られ、通常この水蒸気改質を改質器
で行っている。図４は、改質器12の構成の一例を示し、
容量に応じて選択される個数（同図には３個を示す）
で、内部に触媒が充填されている円筒状の反応管10を内
蔵している。この改質器12には原料ガスと水蒸気の混合
ガスを供給し、下記の反応により水素リッチガスを生成
させている（反応式は、メタンを例として表わす）。原
料ガスに対する水蒸気量は、Ｓ／Ｃと呼ばれる値で評価
され、原料ガス中のカーボンと水蒸気のモル比で表わさ
れ、原料成分により異なるが通常２〜５程度である。 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ＝３Ｈ2 ＋ＣＯ この反応は吸熱反応であるため、改質器12には上部（ま
たは下部）にバーナ11が設置され、反応管10を外部より
加熱するようになっている。
置においては、燃料である水素リッチガスは、メタンま
たはそれ以上の重炭化水素を含む化学燃料を原料として
水蒸気改質により得られ、通常この水蒸気改質を改質器
で行っている。図４は、改質器12の構成の一例を示し、
容量に応じて選択される個数（同図には３個を示す）
で、内部に触媒が充填されている円筒状の反応管10を内
蔵している。この改質器12には原料ガスと水蒸気の混合
ガスを供給し、下記の反応により水素リッチガスを生成
させている（反応式は、メタンを例として表わす）。原
料ガスに対する水蒸気量は、Ｓ／Ｃと呼ばれる値で評価
され、原料ガス中のカーボンと水蒸気のモル比で表わさ
れ、原料成分により異なるが通常２〜５程度である。 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ＝３Ｈ2 ＋ＣＯ この反応は吸熱反応であるため、改質器12には上部（ま
たは下部）にバーナ11が設置され、反応管10を外部より
加熱するようになっている。
【０００４】ところが、低負荷運転領域では必然的に改
質器12への原料ガスの供給量が少なくなり、これに伴っ
て水蒸気の供給量も少なくなるので、改質器12へ供給さ
れる總ガス量が少なくなり、複数個の反応管10への供給
ガス配分が一定せず、供給ガスの配分量が少ない反応管
10では改質反応による吸熱作用が行われず、これが複数
個の反応管10の温度間に不均一を生じさせる原因となっ
ていた。そこで、これを解消するため、各反応管10の入
口側にガス量調整弁13を接続し、それぞれの温度検出器
14で検出した温度により各反応管10の温度分布を把握
し、これによりガス量調整弁13を介して各反応管10への
供給ガス量を調整し、各反応管10の温度を均一に保つよ
うにしていた。
質器12への原料ガスの供給量が少なくなり、これに伴っ
て水蒸気の供給量も少なくなるので、改質器12へ供給さ
れる總ガス量が少なくなり、複数個の反応管10への供給
ガス配分が一定せず、供給ガスの配分量が少ない反応管
10では改質反応による吸熱作用が行われず、これが複数
個の反応管10の温度間に不均一を生じさせる原因となっ
ていた。そこで、これを解消するため、各反応管10の入
口側にガス量調整弁13を接続し、それぞれの温度検出器
14で検出した温度により各反応管10の温度分布を把握
し、これによりガス量調整弁13を介して各反応管10への
供給ガス量を調整し、各反応管10の温度を均一に保つよ
うにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な各反応管10への供給ガス量の調整方法では、ある反応
管10に対し流量変更した結果が他の反応管10の流量に変
化を与え、これが温度を変化させてしまうというように
相互に影響し合うので、調整がきわめて困難になる。ま
た、燃料電池発電装置の燃料系統には、改質器12の他に
脱硫装置や一酸化炭素変成器等の機器が接続されてお
り、特に需要地に設置して発電するオンサイト型燃料電
池発電装置等では原料ガスの元圧も低いから余分の圧力
損失を与えて供給ガス量を調整する余裕はなく、むしろ
可能な限り圧力損失を低減しなければならず、一方コス
ト的にも不利になっているのでこの改善が望まれてい
た。
な各反応管10への供給ガス量の調整方法では、ある反応
管10に対し流量変更した結果が他の反応管10の流量に変
化を与え、これが温度を変化させてしまうというように
相互に影響し合うので、調整がきわめて困難になる。ま
た、燃料電池発電装置の燃料系統には、改質器12の他に
脱硫装置や一酸化炭素変成器等の機器が接続されてお
り、特に需要地に設置して発電するオンサイト型燃料電
池発電装置等では原料ガスの元圧も低いから余分の圧力
損失を与えて供給ガス量を調整する余裕はなく、むしろ
可能な限り圧力損失を低減しなければならず、一方コス
ト的にも不利になっているのでこの改善が望まれてい
た。
【０００６】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは改質器内の各反応管の
温度を、供給ガス量の少ない低負荷運転領域においても
均一に保持することができるようにした燃料電池発電装
置の運転方法を提供することにある。
もので、その目的とするところは改質器内の各反応管の
温度を、供給ガス量の少ない低負荷運転領域においても
均一に保持することができるようにした燃料電池発電装
置の運転方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、原料ガス中の
炭化水素を触媒作用による水蒸気改質で水素リッチガス
に変換する改質器を具備し、燃料電池を構成する一方の
電極に水素チッチガスを供給すると共に他方の電極に空
気を供給し、このとき発生する電気化学反応により両電
極から電気エネルギーを取出す燃料電池発電装置の運転
方法において、原料ガスを水蒸気改質する水蒸気量を、
低負荷運転領域における原料ガス中の炭化水素に対する
水蒸気の比が高負荷運転領域における比よりも大きくな
るように設定し、改質器に供給することを特徴とするも
のである。
炭化水素を触媒作用による水蒸気改質で水素リッチガス
に変換する改質器を具備し、燃料電池を構成する一方の
電極に水素チッチガスを供給すると共に他方の電極に空
気を供給し、このとき発生する電気化学反応により両電
極から電気エネルギーを取出す燃料電池発電装置の運転
方法において、原料ガスを水蒸気改質する水蒸気量を、
低負荷運転領域における原料ガス中の炭化水素に対する
水蒸気の比が高負荷運転領域における比よりも大きくな
るように設定し、改質器に供給することを特徴とするも
のである。
【０００８】
【作用】一般に複数の管路へ均一に流体を流すために
は、管路にある程度の圧力損失要素を具備させることで
流量の安定性と均一性を保つことができる。ガス量が少
ないと管路を流れる流体が少なくなり管路を流れるガス
が不均一になるのはこのためで、ガスの流量がある程度
確保されれば均一性を保つことができる。
は、管路にある程度の圧力損失要素を具備させることで
流量の安定性と均一性を保つことができる。ガス量が少
ないと管路を流れる流体が少なくなり管路を流れるガス
が不均一になるのはこのためで、ガスの流量がある程度
確保されれば均一性を保つことができる。
【０００９】したがって、水蒸気改質をする水蒸気量
を、低負荷運転領域における原料ガス中の炭化水素に対
する水蒸気比が高負荷運転領域における比よりも大きく
なるように設定して改質器へ供給することにより、低負
荷時においても改質器内の各反応管へのガス流量を均一
に保つことができ、各反応管の温度分布を均一にするこ
とができる。
を、低負荷運転領域における原料ガス中の炭化水素に対
する水蒸気比が高負荷運転領域における比よりも大きく
なるように設定して改質器へ供給することにより、低負
荷時においても改質器内の各反応管へのガス流量を均一
に保つことができ、各反応管の温度分布を均一にするこ
とができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の一実施例を示す構成図であ
る。同図において、１は原料ガス中の硫黄分を除去する
脱硫装置、２はこの脱硫装置１で脱硫された原料ガスか
ら触媒作用により水素リッチガスを得る改質器、３はこ
の改質器２で得られた水素リッチガス中の一酸化炭素を
除去する一酸化炭素変成器、４はこの一酸化炭素変成器
３からの水素リッチガスおよび空気ブロワ５からの空気
の供給を受け電気化学反応により電気エネルギーを発生
する燃料電池、６は燃料電池４が発生した直流電力を交
流電力に変換する直交変換装置、７は水蒸気分離器、８
は原料ガス量制御弁、９は水蒸気量制御弁を示す。
明する。図１は、本発明の一実施例を示す構成図であ
る。同図において、１は原料ガス中の硫黄分を除去する
脱硫装置、２はこの脱硫装置１で脱硫された原料ガスか
ら触媒作用により水素リッチガスを得る改質器、３はこ
の改質器２で得られた水素リッチガス中の一酸化炭素を
除去する一酸化炭素変成器、４はこの一酸化炭素変成器
３からの水素リッチガスおよび空気ブロワ５からの空気
の供給を受け電気化学反応により電気エネルギーを発生
する燃料電池、６は燃料電池４が発生した直流電力を交
流電力に変換する直交変換装置、７は水蒸気分離器、８
は原料ガス量制御弁、９は水蒸気量制御弁を示す。
【００１１】しかして、上記した改質器２は、上述した
従来の改質器12と同様に内部に容量に応じて選択される
個数（同図には３個を示す）で、内部に触媒が充填され
ている円筒状の反応管10を円蔵し、この反応管10を加熱
するバーナー11を上部に設置しているが、上述した従来
の改質器12のように各反応管10に温度検出器（図４に符
号14で示す）や入口側にガス量調節弁（図４に符号13で
示す）を設けていない。
従来の改質器12と同様に内部に容量に応じて選択される
個数（同図には３個を示す）で、内部に触媒が充填され
ている円筒状の反応管10を円蔵し、この反応管10を加熱
するバーナー11を上部に設置しているが、上述した従来
の改質器12のように各反応管10に温度検出器（図４に符
号14で示す）や入口側にガス量調節弁（図４に符号13で
示す）を設けていない。
【００１２】次に、以上のように構成された実施例の作
用を説明する。原料ガスは、原料ガス量制御弁８を介し
て脱硫装置１へ供給され、この脱硫装置１で脱硫された
後改質器２へ供給される。また、水蒸気は、水蒸気分離
器７から水蒸気量制御弁９を介して改質器２へ供給され
る。改質器２では、原料ガスと水蒸気の混合ガスが反応
管10に導入され、バーナ11で加熱されて水素リッチガス
を生成する。この水素リッチガスは、一酸化炭素変成器
３を介して燃料電池４の燃料極（図示しない）に供給さ
れる。一方、空気は、空気ブロワ５を介して燃料電池４
の空気極（図示しない）と改質器２に供給される。燃料
電池４は、水素リッチガスおよび空気の供給を受け、電
気化学反応により電気エネルギーを発生する。この電気
エネルギーは、直交変換装置６により交流電力に変換さ
れて負荷に供給される。
用を説明する。原料ガスは、原料ガス量制御弁８を介し
て脱硫装置１へ供給され、この脱硫装置１で脱硫された
後改質器２へ供給される。また、水蒸気は、水蒸気分離
器７から水蒸気量制御弁９を介して改質器２へ供給され
る。改質器２では、原料ガスと水蒸気の混合ガスが反応
管10に導入され、バーナ11で加熱されて水素リッチガス
を生成する。この水素リッチガスは、一酸化炭素変成器
３を介して燃料電池４の燃料極（図示しない）に供給さ
れる。一方、空気は、空気ブロワ５を介して燃料電池４
の空気極（図示しない）と改質器２に供給される。燃料
電池４は、水素リッチガスおよび空気の供給を受け、電
気化学反応により電気エネルギーを発生する。この電気
エネルギーは、直交変換装置６により交流電力に変換さ
れて負荷に供給される。
【００１３】しかして、改質器２へ供給する水蒸気量
を、図３に示すように高負荷運転領域（同図では25％以
上）では負荷に比例させる、つまり、Ｓ／Ｃを一定（通
常、２〜５程度）に保持し、低負荷運転領域（同図では
25％未満）では負荷に比例させず一定にする、つまり、
Ｓ／Ｃを高負荷運転領域のＳ／Ｃより大きくなるよう設
定する。この設定は、水蒸気量制御弁９を図示しない制
御装置で制御することにより行う。これにより低負荷運
転領域においても、改質器２へ供給されるガス量を確保
できるから、反応管10へのガス流量を均一に保つことが
でき、各反応管10の温度分布を均一に保つことができ
る。
を、図３に示すように高負荷運転領域（同図では25％以
上）では負荷に比例させる、つまり、Ｓ／Ｃを一定（通
常、２〜５程度）に保持し、低負荷運転領域（同図では
25％未満）では負荷に比例させず一定にする、つまり、
Ｓ／Ｃを高負荷運転領域のＳ／Ｃより大きくなるよう設
定する。この設定は、水蒸気量制御弁９を図示しない制
御装置で制御することにより行う。これにより低負荷運
転領域においても、改質器２へ供給されるガス量を確保
できるから、反応管10へのガス流量を均一に保つことが
でき、各反応管10の温度分布を均一に保つことができ
る。
【００１４】ところで、上述したようにＳ／Ｃは、通常
２〜５程度に設定され、この値は理論値よりも水蒸気が
過剰に供給される。しかしながら、過剰な水蒸気は、触
媒反応時のカーボン析出を防止し、触媒被毒の弊害はな
い。したがって、低負荷運転領域の改質器２へのガス流
量増加方法として、Ｓ／Ｃを通常の２〜５程度以上に設
定しても改質器２側での問題はない。
２〜５程度に設定され、この値は理論値よりも水蒸気が
過剰に供給される。しかしながら、過剰な水蒸気は、触
媒反応時のカーボン析出を防止し、触媒被毒の弊害はな
い。したがって、低負荷運転領域の改質器２へのガス流
量増加方法として、Ｓ／Ｃを通常の２〜５程度以上に設
定しても改質器２側での問題はない。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、原
料ガスを複数個の反応管を内臓した改質器で水蒸気改質
するための水蒸気量を、低負荷運転領域におけるＳ／Ｃ
値を高負荷運転領域におけるＳ／Ｃ値より大きくなるよ
うに設定するので、低負荷運転領域での改質器の反応管
へのガス流量を均一にすることができ、反応管の温度分
布を均一にすることができ、また、低負荷運転領域か
ら、高負荷運転領域への負荷追従性にも有利となり、特
に、速い応答性を要求される独立電源として使用する場
合等には最適となる燃料電池発電装置の運転方法を提供
することができる。
料ガスを複数個の反応管を内臓した改質器で水蒸気改質
するための水蒸気量を、低負荷運転領域におけるＳ／Ｃ
値を高負荷運転領域におけるＳ／Ｃ値より大きくなるよ
うに設定するので、低負荷運転領域での改質器の反応管
へのガス流量を均一にすることができ、反応管の温度分
布を均一にすることができ、また、低負荷運転領域か
ら、高負荷運転領域への負荷追従性にも有利となり、特
に、速い応答性を要求される独立電源として使用する場
合等には最適となる燃料電池発電装置の運転方法を提供
することができる。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図。
【図２】本発明の一実施例の要部を示す構成図。
【図３】本発明の一実施例の作用を示す説明図。
【図４】従来の燃料電池発電装置に用いられている改質
器の構成図。
器の構成図。
２…改質器、４…燃料電池、６…直交変換装置、10…反
応管、11…バーナ。
応管、11…バーナ。
Claims (1)
- 【請求項１】 原料ガス中の炭化水素を触媒作用による
水蒸気改質で水素リッチガスに変換する改質器を具備
し、燃料電池を構成する一方の電極に前記水素リッチガ
スを供給すると共に他方の電極に空気を供給し、このと
き発生する電気化学反応により前記両電極から電気エネ
ルギーを取出す燃料電池発電装置の運転方法において、
前記原料ガスを水蒸気改質する水蒸気量を、低負荷運転
領域における前記原料ガス中の前記炭化水素に対する水
蒸気の比が高負荷運転領域における比よりも大きくなる
ように設定し、前記改質器に供給することを特徴とする
燃料電池発電装置の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3254051A JPH0594834A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 燃料電池発電装置の運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3254051A JPH0594834A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 燃料電池発電装置の運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0594834A true JPH0594834A (ja) | 1993-04-16 |
Family
ID=17259552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3254051A Pending JPH0594834A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 燃料電池発電装置の運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0594834A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008050254A (ja) * | 2006-07-28 | 2008-03-06 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 改質装置 |
-
1991
- 1991-10-02 JP JP3254051A patent/JPH0594834A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008050254A (ja) * | 2006-07-28 | 2008-03-06 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 改質装置 |
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