JPH06349509A - 燃料電池システムの触媒還元方法及びその装置 - Google Patents
燃料電池システムの触媒還元方法及びその装置Info
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- JPH06349509A JPH06349509A JP5140688A JP14068893A JPH06349509A JP H06349509 A JPH06349509 A JP H06349509A JP 5140688 A JP5140688 A JP 5140688A JP 14068893 A JP14068893 A JP 14068893A JP H06349509 A JPH06349509 A JP H06349509A
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- catalyst
- flow rate
- reformer
- reducing gas
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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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池発電システムの燃料改質器やＣＯ変
成器に内蔵された触媒を、その許容最高温度以上に上昇
しないようにしながら、最小の時間で還元する。 【構成】 還元を必要とする触媒を内蔵する機器１〜１
ｎ，２〜２ｎを備える燃料電池発電プラントで、各機器
の触媒温度を温度検出手段ＴＥにて計測し、コントロー
ラＣＴＬは、温度計測値により各機器個々の触媒層の最
高温度を計算式により推定し、流量制御弁ＣＶの弁開度
を制御し、推定した最高温度が常に触媒許容温度以下に
なるよう還元用ガスの流量を制御する。触媒の最高温度
は、還元時の外部加熱量，還元による発熱量，ガス流れ
による除熱量，機器の放熱量などを基にしてヒ−トバラ
ンス計算を行い、触媒層の所定位置に設けた温度検出器
の検出値を修正することで、かなり精度良く推定するこ
とが可能である。
成器に内蔵された触媒を、その許容最高温度以上に上昇
しないようにしながら、最小の時間で還元する。 【構成】 還元を必要とする触媒を内蔵する機器１〜１
ｎ，２〜２ｎを備える燃料電池発電プラントで、各機器
の触媒温度を温度検出手段ＴＥにて計測し、コントロー
ラＣＴＬは、温度計測値により各機器個々の触媒層の最
高温度を計算式により推定し、流量制御弁ＣＶの弁開度
を制御し、推定した最高温度が常に触媒許容温度以下に
なるよう還元用ガスの流量を制御する。触媒の最高温度
は、還元時の外部加熱量，還元による発熱量，ガス流れ
による除熱量，機器の放熱量などを基にしてヒ−トバラ
ンス計算を行い、触媒層の所定位置に設けた温度検出器
の検出値を修正することで、かなり精度良く推定するこ
とが可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は天然ガスや都市ガスを原
料とし水蒸気改質により水素ガスを生成して酸化剤ガス
と反応させることにより発電を行う燃料電池システムに
係り、特に、燃料電池に用いる触媒を必要最小限の時間
で還元するのに好適な触媒還元方法とその装置に関す
る。
料とし水蒸気改質により水素ガスを生成して酸化剤ガス
と反応させることにより発電を行う燃料電池システムに
係り、特に、燃料電池に用いる触媒を必要最小限の時間
で還元するのに好適な触媒還元方法とその装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図２は、一般的な燃料電池システムの構
成図である。燃料タンク９から供給される天然ガス等の
原料ガスは、改質器１からＣＯ変成器２を通ることで水
素リッチな燃料ガスに変換され、燃料電池本体３に入
る。燃料電池本体３は、水素極３ａ，酸素極３ｂ，電池
冷却配管３ｃから構成され、前記の燃料ガスは水素極３
ａに供給される。酸素極３ｂにはブロワ８から空気が供
給され、空気中の酸素と燃料ガス中の水素との反応によ
り発電がなされる。
成図である。燃料タンク９から供給される天然ガス等の
原料ガスは、改質器１からＣＯ変成器２を通ることで水
素リッチな燃料ガスに変換され、燃料電池本体３に入
る。燃料電池本体３は、水素極３ａ，酸素極３ｂ，電池
冷却配管３ｃから構成され、前記の燃料ガスは水素極３
ａに供給される。酸素極３ｂにはブロワ８から空気が供
給され、空気中の酸素と燃料ガス中の水素との反応によ
り発電がなされる。
【０００３】燃料電池はその発電の際に発熱を伴うの
で、電池冷却配管３ｃに冷却水を流すことで、冷却す
る。この冷却水は、電池冷却配管３ｃ→水蒸気分離器５
→熱交換器７→循環水ポンプ６→電池冷却配管３ｃを循
環する。
で、電池冷却配管３ｃに冷却水を流すことで、冷却す
る。この冷却水は、電池冷却配管３ｃ→水蒸気分離器５
→熱交換器７→循環水ポンプ６→電池冷却配管３ｃを循
環する。
【０００４】従来の一般的な燃料電池システムは概略上
記のように構成されている。ここで燃料改質系につい
て、さらに詳しく説明する。一例として、天然ガスを燃
料として発電を行う場合について説明すると、燃料タン
ク９から供給される原料ガスは、水蒸気分離器５で分離
された水蒸気と混合されてから、改質器１に入る。改質
器１の内部には改質反応を効率的に行わせるための触媒
が内蔵されており、次の化学式１または化学式２に従う
水蒸気改質反応により改質ガスが生成される。
記のように構成されている。ここで燃料改質系につい
て、さらに詳しく説明する。一例として、天然ガスを燃
料として発電を行う場合について説明すると、燃料タン
ク９から供給される原料ガスは、水蒸気分離器５で分離
された水蒸気と混合されてから、改質器１に入る。改質
器１の内部には改質反応を効率的に行わせるための触媒
が内蔵されており、次の化学式１または化学式２に従う
水蒸気改質反応により改質ガスが生成される。
【０００５】
【化１】
【０００６】
【化２】
【０００７】この段階の改質ガスには、上記反応による
ＣＯが含まれるので、これをさらに内部に触媒を有する
ＣＯ変成器に導入し、次の化学式３による反応を起こさ
せる。
ＣＯが含まれるので、これをさらに内部に触媒を有する
ＣＯ変成器に導入し、次の化学式３による反応を起こさ
せる。
【０００８】
【化３】
【０００９】このようにして生成した水素リッチなガス
を、燃料電池本体３の水素極３ａに導く。
を、燃料電池本体３の水素極３ａに導く。
【００１０】改質器１とＣＯ変成器２には、上記反応を
高効率で行わせるために、触媒層が設けられている。触
媒としては、遷移金属や遷移金属酸化物などが用いられ
る。触媒は、原料ガスに含まれる不純物などにより、あ
るいは燃料電池システムの起動／停止に伴う温度変化を
受けることにより、その性能が経年的に劣化する。
高効率で行わせるために、触媒層が設けられている。触
媒としては、遷移金属や遷移金属酸化物などが用いられ
る。触媒は、原料ガスに含まれる不純物などにより、あ
るいは燃料電池システムの起動／停止に伴う温度変化を
受けることにより、その性能が経年的に劣化する。
【００１１】また、他の機器に故障が発生したときは系
を開放して点検するが、その際、触媒が酸化してしま
う。酸化した触媒は、燃料電池システムの最初の運転時
と同様に、再運転開始前に還元する必要が生じる。この
還元操作は、改質器１やＣＯ変成器２に夫々水素を流し
酸化触媒から酸素を奪い、この酸素を水素と結合させて
水にすることで行う。例えばニッケル系の改質触媒であ
れば、次の化学式４の反応を行わせる。
を開放して点検するが、その際、触媒が酸化してしま
う。酸化した触媒は、燃料電池システムの最初の運転時
と同様に、再運転開始前に還元する必要が生じる。この
還元操作は、改質器１やＣＯ変成器２に夫々水素を流し
酸化触媒から酸素を奪い、この酸素を水素と結合させて
水にすることで行う。例えばニッケル系の改質触媒であ
れば、次の化学式４の反応を行わせる。
【００１２】
【化４】
【００１３】還元操作は、当該触媒の許容最高温度に近
い温度で行う必要がある。しかし、還元時には結合エネ
ルギの差による発熱を伴うため、還元操作により触媒層
温度が上昇してしまう。温度が上昇して前記許容最高温
度を逸脱すると、触媒の活性度が損なわれてしまう。し
かも、発電設備全体の規模が大きくなると触媒の酸化度
や劣化度が機器毎に異なり、運転開始時の還元操作か、
トラブル発生に伴う還元操作か、あるいは所定運転時間
経過時の還元操作かにより、必要な還元時間も異なって
くる。このため、予め最適な還元ガス流量を定めること
はできない。更に、還元は還元ガスの流れ方向の上流か
ら下流側へ進行するので、前記の最高温度を示す点も時
間と共に移動する。従って、特定位置における温度を計
測していても、最高温度は不明である。
い温度で行う必要がある。しかし、還元時には結合エネ
ルギの差による発熱を伴うため、還元操作により触媒層
温度が上昇してしまう。温度が上昇して前記許容最高温
度を逸脱すると、触媒の活性度が損なわれてしまう。し
かも、発電設備全体の規模が大きくなると触媒の酸化度
や劣化度が機器毎に異なり、運転開始時の還元操作か、
トラブル発生に伴う還元操作か、あるいは所定運転時間
経過時の還元操作かにより、必要な還元時間も異なって
くる。このため、予め最適な還元ガス流量を定めること
はできない。更に、還元は還元ガスの流れ方向の上流か
ら下流側へ進行するので、前記の最高温度を示す点も時
間と共に移動する。従って、特定位置における温度を計
測していても、最高温度は不明である。
【００１４】そこで従来は、この還元操作を行うため
に、外部に水素供給設備を設け、触媒温度がその許容最
高温度以上に上昇しないように、安全率を大きく見込ん
で還元用ガスを極微量ずつ流し、長時間かけて還元して
いる。また、例えば特開平３−１０３３０１号公報記載
の様に、改質器の還元ガス流路に沿って複数箇所（この
従来技術では５箇所）に温度センサを設け、最高温度位
置が移動する触媒温度が常に許容最高温度を上回らない
よう制御している。
に、外部に水素供給設備を設け、触媒温度がその許容最
高温度以上に上昇しないように、安全率を大きく見込ん
で還元用ガスを極微量ずつ流し、長時間かけて還元して
いる。また、例えば特開平３−１０３３０１号公報記載
の様に、改質器の還元ガス流路に沿って複数箇所（この
従来技術では５箇所）に温度センサを設け、最高温度位
置が移動する触媒温度が常に許容最高温度を上回らない
よう制御している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】還元操作に要する時間
は、燃料電池システムの稼動効率を高めるために、でき
るだけ短縮時間で行う必要がある。しかし、従来は上述
したように、触媒温度が許容最高温度を越えないよう制
御するため、極微量づつしか還元用ガスを流せず、所要
時間を短縮することができないという問題がある。特開
平３−１０３３０１号公報記載の様に、複数の温度セン
サを設け、還元ガス流路の各箇所における触媒温度が許
容最高温度を越えないよう監視することで、流す還元用
ガスの量を多くし還元時間を短くすることは可能であ
る。しかし、改質器やＣＯ変成器の還元ガス流路の全長
は、発電規模が大規模になればなるほど長くなり、この
従来技術を例えば１０００ＫＷクラスの発電設備に適用
すると、温度センサ間の長さが２〜３ｍにもなり、温度
センサ間における触媒温度が許容最高温度を越えないと
いう保証はなにもない。
は、燃料電池システムの稼動効率を高めるために、でき
るだけ短縮時間で行う必要がある。しかし、従来は上述
したように、触媒温度が許容最高温度を越えないよう制
御するため、極微量づつしか還元用ガスを流せず、所要
時間を短縮することができないという問題がある。特開
平３−１０３３０１号公報記載の様に、複数の温度セン
サを設け、還元ガス流路の各箇所における触媒温度が許
容最高温度を越えないよう監視することで、流す還元用
ガスの量を多くし還元時間を短くすることは可能であ
る。しかし、改質器やＣＯ変成器の還元ガス流路の全長
は、発電規模が大規模になればなるほど長くなり、この
従来技術を例えば１０００ＫＷクラスの発電設備に適用
すると、温度センサ間の長さが２〜３ｍにもなり、温度
センサ間における触媒温度が許容最高温度を越えないと
いう保証はなにもない。
【００１６】本発明の目的は、燃料電池発電システムの
燃料改質器及びＣＯ変成器に内蔵された触媒を、その許
容最高温度以上に上昇しないようにしながら、最小の時
間で還元できる還元方法及びその装置と燃料電池発電シ
ステムを提供することにある。
燃料改質器及びＣＯ変成器に内蔵された触媒を、その許
容最高温度以上に上昇しないようにしながら、最小の時
間で還元できる還元方法及びその装置と燃料電池発電シ
ステムを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、還元を必要
とする触媒を内蔵する機器を備える燃料電池発電プラン
トにおいて、前記機器の触媒温度を計測する１個または
複数個の計測手段を設け、該温度計測手段の検出信号に
より前記機器内の触媒層の最高温度を推定し、推定した
最高温度が常に触媒許容温度以下になるよう還元用ガス
の流量を制御することで、達成される。
とする触媒を内蔵する機器を備える燃料電池発電プラン
トにおいて、前記機器の触媒温度を計測する１個または
複数個の計測手段を設け、該温度計測手段の検出信号に
より前記機器内の触媒層の最高温度を推定し、推定した
最高温度が常に触媒許容温度以下になるよう還元用ガス
の流量を制御することで、達成される。
【００１８】上記目的はまた、還元を必要とする触媒を
内蔵する機器を備える燃料電池発電プラントにおいて、
還元ガスの流れの上流点における触媒温度を計測する計
測手段を設け、該計測手段の計測値に基づいて最初にそ
の温度が許容最高温度になる還元ガス流量を求めて該還
元ガス流量をガス流量制御手段の設定値とし、その後の
ガス流量を前記設定値に制御することで、達成される。
内蔵する機器を備える燃料電池発電プラントにおいて、
還元ガスの流れの上流点における触媒温度を計測する計
測手段を設け、該計測手段の計測値に基づいて最初にそ
の温度が許容最高温度になる還元ガス流量を求めて該還
元ガス流量をガス流量制御手段の設定値とし、その後の
ガス流量を前記設定値に制御することで、達成される。
【００１９】
【作用】触媒の最高温度は、還元時の外部加熱量，還元
による発熱量，ガス流れによる除熱量，機器の放熱量な
どを基にしてヒ−トバランス計算を行い、触媒層の所定
位置に設けた温度検出器の検出値を修正することで、か
なり精度良く推定することが可能である。従って、この
推定値に基づいて還元ガス流量を制御することで、触媒
温度が許容最高温度を越えないように還元ガス流量を制
御することが可能となり、還元時間の短縮化を図ること
ができる。
による発熱量，ガス流れによる除熱量，機器の放熱量な
どを基にしてヒ−トバランス計算を行い、触媒層の所定
位置に設けた温度検出器の検出値を修正することで、か
なり精度良く推定することが可能である。従って、この
推定値に基づいて還元ガス流量を制御することで、触媒
温度が許容最高温度を越えないように還元ガス流量を制
御することが可能となり、還元時間の短縮化を図ること
ができる。
【００２０】
【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、本発明の一実施例に係る燃料電池発電
プラントの構成図である。本実施例に係る燃料電池発電
プラントは、図２に示す燃料電池発電プラントと基本構
成は同じであるが、改質器とＣＯ変成器の組をｎ段並列
に設けてあり、還元するときは、各々の改質器やＣＯ変
成器を弁で遮断し、夫々の機器に還元ガスを独立に流量
制御しながら流すようにしてある。即ち、改質器１〜１
ｎ，ＣＯ変成器２〜２ｎに内蔵されている触媒を、還元
装置１０から供給される還元ガスにより還元する。
明する。図１は、本発明の一実施例に係る燃料電池発電
プラントの構成図である。本実施例に係る燃料電池発電
プラントは、図２に示す燃料電池発電プラントと基本構
成は同じであるが、改質器とＣＯ変成器の組をｎ段並列
に設けてあり、還元するときは、各々の改質器やＣＯ変
成器を弁で遮断し、夫々の機器に還元ガスを独立に流量
制御しながら流すようにしてある。即ち、改質器１〜１
ｎ，ＣＯ変成器２〜２ｎに内蔵されている触媒を、還元
装置１０から供給される還元ガスにより還元する。
【００２１】本実施例の還元装置１０は、還元ガス発生
器ＨＧと、コントロ−ラＣＴＬと、該コントローラＣＴ
Ｌの制御信号により各々の改質器１〜１ｎに流される還
元ガスの流量を制御する流量制御弁ＣＶ１〜ＣＶ１ｎ
と、同様にＣＯ変成器２〜２ｎに流される還元ガスの流
量を制御する流量制御弁ＣＶ２〜ＣＶ２ｎを備える他
に、改質器１〜１ｎの各々の還元ガス出口部分の触媒温
度を計測する温度検出器ＴＥ１〜ＴＥ１ｎと、ＣＯ変成
器２〜２ｎの各々の還元ガス出口部分の触媒温度を検出
する温度検出器ＴＥ２〜ＴＥ２ｎとが接続されている。
還元ガス発生器ＨＧからは、還元対象機器（各改質器，
各ＣＯ変成器）の各々のガス入口部に還元ガス供給用の
分岐配管が接続され、ここから還元ガスを各機器に供給
して還元操作を実施する。
器ＨＧと、コントロ−ラＣＴＬと、該コントローラＣＴ
Ｌの制御信号により各々の改質器１〜１ｎに流される還
元ガスの流量を制御する流量制御弁ＣＶ１〜ＣＶ１ｎ
と、同様にＣＯ変成器２〜２ｎに流される還元ガスの流
量を制御する流量制御弁ＣＶ２〜ＣＶ２ｎを備える他
に、改質器１〜１ｎの各々の還元ガス出口部分の触媒温
度を計測する温度検出器ＴＥ１〜ＴＥ１ｎと、ＣＯ変成
器２〜２ｎの各々の還元ガス出口部分の触媒温度を検出
する温度検出器ＴＥ２〜ＴＥ２ｎとが接続されている。
還元ガス発生器ＨＧからは、還元対象機器（各改質器，
各ＣＯ変成器）の各々のガス入口部に還元ガス供給用の
分岐配管が接続され、ここから還元ガスを各機器に供給
して還元操作を実施する。
【００２２】コントロ−ラＣＴＬは各温度検出器ＴＥ１
〜１ｎ，ＴＥ２〜２ｎから温度信号を取り込み、各改質
器，各ＣＯ変成器における触媒温度の最高温度を後述す
る計算式により求め、各最高温度計算値に基づいて各流
量制御弁ＣＶ１〜ＣＶ２ｎの弁開度を制御する。
〜１ｎ，ＴＥ２〜２ｎから温度信号を取り込み、各改質
器，各ＣＯ変成器における触媒温度の最高温度を後述す
る計算式により求め、各最高温度計算値に基づいて各流
量制御弁ＣＶ１〜ＣＶ２ｎの弁開度を制御する。
【００２３】本実施例では、上記のように各々の機器独
立に、触媒層の温度を検出し、還元ガスを供給し、その
流量を制御する構成としているので、各機器毎の還元操
作の状況（運転開始，運転再開，トラブル発生に伴う操
作）に対応することが可能である。
立に、触媒層の温度を検出し、還元ガスを供給し、その
流量を制御する構成としているので、各機器毎の還元操
作の状況（運転開始，運転再開，トラブル発生に伴う操
作）に対応することが可能である。
【００２４】還元操作を行う場合には、発電時のプロセ
ス量を制御する弁Ｖ1〜Ｖ1n,Ｖ2〜Ｖ2nを全閉し、Ｖ3〜
Ｖ3n,Ｖ5〜Ｖ5n及びＶ6〜Ｖ6nを全開する。そして、流
量制御弁ＣＶ１〜ＣＶ２ｎを通して還元ガスを各機器の
触媒層に導入する。このとき、触媒層の温度をＴＥ1〜
ＴＥ2nにより検出し、コントローラＣＴＬが各機器にお
ける触媒最高温度を計算により推定し、各流量制御弁Ｃ
Ｖ1〜ＣＶ2nで触媒層の最高温度が推定値に等しくなる
よう制御する。
ス量を制御する弁Ｖ1〜Ｖ1n,Ｖ2〜Ｖ2nを全閉し、Ｖ3〜
Ｖ3n,Ｖ5〜Ｖ5n及びＶ6〜Ｖ6nを全開する。そして、流
量制御弁ＣＶ１〜ＣＶ２ｎを通して還元ガスを各機器の
触媒層に導入する。このとき、触媒層の温度をＴＥ1〜
ＴＥ2nにより検出し、コントローラＣＴＬが各機器にお
ける触媒最高温度を計算により推定し、各流量制御弁Ｃ
Ｖ1〜ＣＶ2nで触媒層の最高温度が推定値に等しくなる
よう制御する。
【００２５】前述したように、触媒層の温度は還元反応
に伴う発熱により変化するので、還元経過時間と共に還
元領域が進展し、最高温度を示す位置が移動する。従っ
て、常時最高温度を示す位置の温度を計測することは困
難である。そこで、本実施例では、触媒層に設けた１点
または複数点の温度計測信号により、触媒層の最高温度
を常時推定し、推定した最高温度が許容値以下となるよ
う還元ガス流量を制御する。触媒層の最高温度Ｔxは、
還元時の外部加熱量ＨE、還元による発熱量Ｈd、ガス流
れによる除熱量Ｈg、機器の放熱量Ｈrなどをもとにし
て、通常のヒ−トバランス計算を行い、例えば触媒層出
口に設けた温度検出器の信号Ｔsを修正する次の数式１
により推定される。
に伴う発熱により変化するので、還元経過時間と共に還
元領域が進展し、最高温度を示す位置が移動する。従っ
て、常時最高温度を示す位置の温度を計測することは困
難である。そこで、本実施例では、触媒層に設けた１点
または複数点の温度計測信号により、触媒層の最高温度
を常時推定し、推定した最高温度が許容値以下となるよ
う還元ガス流量を制御する。触媒層の最高温度Ｔxは、
還元時の外部加熱量ＨE、還元による発熱量Ｈd、ガス流
れによる除熱量Ｈg、機器の放熱量Ｈrなどをもとにし
て、通常のヒ−トバランス計算を行い、例えば触媒層出
口に設けた温度検出器の信号Ｔsを修正する次の数式１
により推定される。
【００２６】
【数１】 Ｔｘ＝ｋＴs＝Ｔs・ｆ（ＨE ，Ｈd ,Ｈg ,Ｈr ,Ｃｃ） ここに ｋ：係数 Ｃｃ：触媒比熱 である。
【００２７】上述した第１実施例では、触媒の最高温度
を数式により推定し、推定温度が許容温度以下となるよ
うに還元ガス流量を制御したが、温度を推定せずに直接
還元ガス流量のみの制御で触媒最高温度がその許容温度
以下となるように制御することも可能である。この実施
例（第２実施例）について次に説明する。
を数式により推定し、推定温度が許容温度以下となるよ
うに還元ガス流量を制御したが、温度を推定せずに直接
還元ガス流量のみの制御で触媒最高温度がその許容温度
以下となるように制御することも可能である。この実施
例（第２実施例）について次に説明する。
【００２８】第２実施例では、各機器毎に、還元ガスが
流れる最上流の触媒層の温度を計測する。先ず最初に実
験等により還元ガスを少量流し始め、徐々にその流量を
増加させる。このときの触媒層の入り口（最上流）の温
度をモニタしていると、還元ガス流量を増加するに従っ
て、温度が上昇する。そこで、温度が許容最大温度に達
したときの還元ガス流量を記録しておく。実際に発電プ
ラントを運転するときには、この記録した還元ガス流量
をコントローラに設定し、還元操作時における最大還元
ガス流量がこの設定値を越えないようにその流量を制御
する。これにより、常に触媒をその許容最大温度近辺で
還元することができようになる。
流れる最上流の触媒層の温度を計測する。先ず最初に実
験等により還元ガスを少量流し始め、徐々にその流量を
増加させる。このときの触媒層の入り口（最上流）の温
度をモニタしていると、還元ガス流量を増加するに従っ
て、温度が上昇する。そこで、温度が許容最大温度に達
したときの還元ガス流量を記録しておく。実際に発電プ
ラントを運転するときには、この記録した還元ガス流量
をコントローラに設定し、還元操作時における最大還元
ガス流量がこの設定値を越えないようにその流量を制御
する。これにより、常に触媒をその許容最大温度近辺で
還元することができようになる。
【００２９】以上説明した様に、本実施例によれば、還
元の進行に伴って移動する最高温度位置を追跡するため
に数多くの温度計測手段を追設する必要はなく、少数の
計測手段の検出信号により還元温度を制御することが可
能となる。また発電時に改質器やCO変成器の保護のため
に設置する温度検出手段等を、還元時にも共用すること
ができるので、設備の増大を抑制することができるとい
う効果もある。
元の進行に伴って移動する最高温度位置を追跡するため
に数多くの温度計測手段を追設する必要はなく、少数の
計測手段の検出信号により還元温度を制御することが可
能となる。また発電時に改質器やCO変成器の保護のため
に設置する温度検出手段等を、還元時にも共用すること
ができるので、設備の増大を抑制することができるとい
う効果もある。
【００３０】コントロ-ラＣＴＬによる弁の制御は、通
常用いられるＰＩＤ（比例、積分、微分）制御方式を用
いることが可能であり、還元ガス発生装置として例えば
水素ボンベ等を用いることもできる。
常用いられるＰＩＤ（比例、積分、微分）制御方式を用
いることが可能であり、還元ガス発生装置として例えば
水素ボンベ等を用いることもできる。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、天然ガスや都市ガスを
原料とし、水蒸気改質により水素ガスを生成して、酸化
剤ガスと反応させることにより発電を行う燃料電池シス
テムに使用する触媒を、許容温度を逸脱させることなく
最小限の時間で還元できるという効果を有する。
原料とし、水蒸気改質により水素ガスを生成して、酸化
剤ガスと反応させることにより発電を行う燃料電池シス
テムに使用する触媒を、許容温度を逸脱させることなく
最小限の時間で還元できるという効果を有する。
【図１】本発明の一実施例に係る燃料電池発電プラント
の要部構成図である。
の要部構成図である。
【図２】燃料電池システムの基本的な系統図である。
１〜１ｎ…改質器、２〜２ｎ…ＣＯ変成器、３…燃料電
池本体、３ａ…水素極、３ｂ…酸素極、３ｃ…電池冷却
水配管、４…空気ブロワ、５…水蒸気分離器、６…循環
水ポンプ、７…熱交換器、８…空気予熱用電気ヒ−タ、
９…燃料供給点、１０…還元装置、ＴＥ１〜ＴＥ１ｎ…
温度検出器、Ｖ１〜Ｖ６ｎ…弁、ＣＶ１〜ＣＶ２ｎ…調
節弁、ＣＴＬ…コントロ−ラ、ＨＧ…還元ガス発生装
置。
池本体、３ａ…水素極、３ｂ…酸素極、３ｃ…電池冷却
水配管、４…空気ブロワ、５…水蒸気分離器、６…循環
水ポンプ、７…熱交換器、８…空気予熱用電気ヒ−タ、
９…燃料供給点、１０…還元装置、ＴＥ１〜ＴＥ１ｎ…
温度検出器、Ｖ１〜Ｖ６ｎ…弁、ＣＶ１〜ＣＶ２ｎ…調
節弁、ＣＴＬ…コントロ−ラ、ＨＧ…還元ガス発生装
置。
Claims (10)
- 【請求項１】 還元を必要とする触媒を内蔵する機器を
備える燃料電池発電プラントにおいて、前記機器の触媒
温度を計測する１個または複数個の計測手段を設け、該
温度計測手段の検出信号により前記機器内の触媒層の最
高温度を推定し、推定した最高温度が常に触媒許容温度
以下になるよう還元用ガスの流量を制御することを特徴
とする触媒還元方法。 - 【請求項２】 還元を必要とする触媒を内蔵する機器を
備える燃料電池発電プラントにおいて、前記機器の触媒
温度を計測する１個または複数個の計測手段と、該温度
計測手段の検出信号により前記機器内の触媒層の最高温
度を推定する推定手段と、推定した最高温度が常に触媒
許容温度以下になるよう還元用ガスの流量を制御する流
量制御手段とを備えることを特徴とする触媒還元装置。 - 【請求項３】 還元を必要とする触媒を内蔵する機器を
備える燃料電池発電プラントにおいて、還元ガスの流れ
の上流点における触媒温度を計測する計測手段を設け、
該計測手段の計測値に基づいて最初にその温度が許容最
高温度になる還元ガス流量を求めて該還元ガス流量をガ
ス流量制御手段の設定値とし、その後のガス流量を前記
設定値に制御することを特徴とする触媒還元方法。 - 【請求項４】 還元を必要とする触媒を内蔵する機器を
備える燃料電池発電プラントにおいて、還元ガスの流れ
の上流点における触媒温度を計測する計測手段と、該計
測手段の計測値に基づいて最初にその温度が許容最高温
度になる還元ガス流量を求めて得た値を設定値として設
定したガス流量制御手段であってその後のガス流量を前
記設定値に制御するガス流量制御手段を備えることを特
徴とする触媒還元装置。 - 【請求項５】 改質器とＣＯ変成器とを備える燃料電池
システムにおいて、改質器とＣＯ変成器に内蔵された触
媒の各々の温度を計測する計測手段を設け、各温度計測
手段の計測信号により前記改質器の触媒層と前記ＣＯ変
成器の触媒層の各々の最高温度を推定し、前記改質器の
触媒層及び前記ＣＯ変成器の触媒層の各々の最高温度が
常に当該触媒の許容温度以下になるように還元用ガスの
流量を改質器，ＣＯ変成器毎に独立に制御するようにし
たことを特徴とする触媒還元方法。 - 【請求項６】 改質器とＣＯ変成器とを備える燃料電池
システムにおいて、改質器とＣＯ変成器に内蔵された触
媒の各々の温度を計測する計測手段と、各温度計測手段
の計測信号により前記改質器の触媒層と前記ＣＯ変成器
の触媒層の各々の最高温度を推定する推定手段と、前記
改質器の触媒層及び前記ＣＯ変成器の触媒層の各々の最
高温度が常に当該触媒の許容温度以下になるように還元
用ガスの流量を改質器，ＣＯ変成器毎に独立に制御する
制御手段とを備えることを特徴とする触媒還元装置。 - 【請求項７】 改質器とＣＯ変成器とを備える燃料電池
システムにおいて、改質器とＣＯ変成器に内蔵された触
媒の各々の還元ガスの流れの上流点の温度を夫々計測す
る計測手段を設け、最初にその温度が許容最高温度にな
る還元ガス流量を求めて得た値をガス流量制御手段の設
定値としその後のガス流量を該設定値を上限として制御
するようにしたことを特徴とする触媒還元方法。 - 【請求項８】 改質器とＣＯ変成器とを備える燃料電池
システムにおいて、改質器とＣＯ変成器に内蔵された触
媒の各々の還元ガスの流れの上流点の温度を夫々計測す
る計測手段と、最初にその温度が許容最高温度になる還
元ガス流量を求めて得た値を設定値とするガス流量制御
手段であってその後のガス流量を該設定値を上限として
制御するガス流量制御手段とを備えることを特徴とする
触媒還元装置。 - 【請求項９】 還元を必要とする触媒を内蔵した複数の
機器を備える燃料電池システムにおいて、各機器の還元
操作時に各機器の触媒温度を夫々計測する手段と、各計
測値に基づいて各機器個々の還元操作時における触媒の
最高温度を推定する手段と、各機器毎に独立に当該機器
に流れる還元ガス流量を制御し当該機器の触媒の推定最
高温度を当該触媒の許容温度付近であって該許容温度を
越えない値に制御する手段とを備えることを特徴とする
触媒還元装置。 - 【請求項１０】 請求項２，請求項４，請求項６，請求
項８，請求項９のいずれか１項に記載の触媒還元装置を
備えることを特徴とする燃料電池発電プラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5140688A JPH06349509A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | 燃料電池システムの触媒還元方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5140688A JPH06349509A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | 燃料電池システムの触媒還元方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06349509A true JPH06349509A (ja) | 1994-12-22 |
Family
ID=15274447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5140688A Pending JPH06349509A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | 燃料電池システムの触媒還元方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06349509A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013142055A (ja) * | 2012-01-12 | 2013-07-22 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 水素生成装置を還元処理するための還元処理装置および還元処理方法 |
-
1993
- 1993-06-11 JP JP5140688A patent/JPH06349509A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013142055A (ja) * | 2012-01-12 | 2013-07-22 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 水素生成装置を還元処理するための還元処理装置および還元処理方法 |
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