JPH07153475A - 改質器の出口温度制御方法 - Google Patents
改質器の出口温度制御方法Info
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- JPH07153475A JPH07153475A JP5297774A JP29777493A JPH07153475A JP H07153475 A JPH07153475 A JP H07153475A JP 5297774 A JP5297774 A JP 5297774A JP 29777493 A JP29777493 A JP 29777493A JP H07153475 A JPH07153475 A JP H07153475A
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- reformer
- temperature
- anode
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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】 改質器出口のアノードガスの温度を所定の範
囲に設定する。 【構成】 燃料電池の排ガスを燃焼させ、その熱で燃料
ガス１をアノードガス２に改質し燃料電池に供給する改
質器１０の出口に、アノードガスの温度を検出する温度
センサ２５を設け、改質器１０の入口側に燃料ガス１を
加熱する熱交換器２０とを備え、温度センサ２５の検出
値が所定の温度範囲となるように熱交換器２０への加熱
ガスの流量を制御する。
囲に設定する。 【構成】 燃料電池の排ガスを燃焼させ、その熱で燃料
ガス１をアノードガス２に改質し燃料電池に供給する改
質器１０の出口に、アノードガスの温度を検出する温度
センサ２５を設け、改質器１０の入口側に燃料ガス１を
加熱する熱交換器２０とを備え、温度センサ２５の検出
値が所定の温度範囲となるように熱交換器２０への加熱
ガスの流量を制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料ガスを改質してアノ
ードガスとし燃料電池に供給する改質器の出口温度制御
方法に関する。
ードガスとし燃料電池に供給する改質器の出口温度制御
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率で環境
への影響が少ないなど従来の発電装置にはない特徴とす
るを有しており、水力、火力、原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究が進めら
れている。
への影響が少ないなど従来の発電装置にはない特徴とす
るを有しており、水力、火力、原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究が進めら
れている。
【０００３】図３は天然ガスを原料ガスとし、これに水
蒸気を加えた燃料ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃料電
池を用いた発電設備の一例を示す図である。同図におい
て発電設備は、天然ガスと水蒸気とを混合した燃料ガス
１を水素を含むアノードガス２に改質する改質器１０
と、アノードガス２と酸素を含むカソードガス３とから
発電する燃料電池１２とを一般に備えている。燃料ガス
１は予熱器１１で加熱された後改質器１０でアノードガ
ス２に改質されて燃料電池１２に供給され、燃料電池１
２内でその大部分を消費してアノード排ガス４となり、
改質器１０の燃焼室Ｃｏに供給される。
蒸気を加えた燃料ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃料電
池を用いた発電設備の一例を示す図である。同図におい
て発電設備は、天然ガスと水蒸気とを混合した燃料ガス
１を水素を含むアノードガス２に改質する改質器１０
と、アノードガス２と酸素を含むカソードガス３とから
発電する燃料電池１２とを一般に備えている。燃料ガス
１は予熱器１１で加熱された後改質器１０でアノードガ
ス２に改質されて燃料電池１２に供給され、燃料電池１
２内でその大部分を消費してアノード排ガス４となり、
改質器１０の燃焼室Ｃｏに供給される。
【０００４】改質器１０にはカソード排ガス７の一部も
供給され、アノード排ガス４中の可燃成分（水素、一酸
化炭素、メタン等）を燃焼室Ｃｏで燃焼させて高温の燃
焼ガスを生成し、この熱により改質器１０の改質室Ｒｅ
に供給される燃料ガス１を改質室Ｒｅに充填された改質
用触媒によって改質してアノードガス２とする。改質器
１０より排出される燃焼排ガス５は空気６と混合して循
環ライン１９に供給され、循環ライン１９でカソード排
ガス７の一部と混合してカソードガス３となる。カソー
ドガス３は燃料電池１２内で反応して高温のカソード排
ガス７となり、一部は循環ライン１９へ供給され、一部
は改質器１０の燃焼室Ｃｏへ供給され、残部は空気６を
圧縮するタービン圧縮機１６で動力を回収した後、さら
に図示しない排熱回収蒸気発生器で熱エネルギを回収し
て系外に排出される。
供給され、アノード排ガス４中の可燃成分（水素、一酸
化炭素、メタン等）を燃焼室Ｃｏで燃焼させて高温の燃
焼ガスを生成し、この熱により改質器１０の改質室Ｒｅ
に供給される燃料ガス１を改質室Ｒｅに充填された改質
用触媒によって改質してアノードガス２とする。改質器
１０より排出される燃焼排ガス５は空気６と混合して循
環ライン１９に供給され、循環ライン１９でカソード排
ガス７の一部と混合してカソードガス３となる。カソー
ドガス３は燃料電池１２内で反応して高温のカソード排
ガス７となり、一部は循環ライン１９へ供給され、一部
は改質器１０の燃焼室Ｃｏへ供給され、残部は空気６を
圧縮するタービン圧縮機１６で動力を回収した後、さら
に図示しない排熱回収蒸気発生器で熱エネルギを回収し
て系外に排出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池１２のアノー
ドに供給されるアノードガスの温度は、負荷条件等によ
り定められた計画値があり、この温度で運転する時が最
も効率がよい。また、温度が約４９０℃以下に低下する
と電解質を凝固させてしまう。しかし、例えば、６００
℃というように計画値がある場合、改質器の性能のばら
つき、プロセス条件の計画からのずれ、部分負荷特性の
計画値からのずれなどのため、改質器１０出口における
アノードガスの温度が出口における計画値とならない場
合が多く、燃料電池１２に不都合な状態を生じさせてい
た。
ドに供給されるアノードガスの温度は、負荷条件等によ
り定められた計画値があり、この温度で運転する時が最
も効率がよい。また、温度が約４９０℃以下に低下する
と電解質を凝固させてしまう。しかし、例えば、６００
℃というように計画値がある場合、改質器の性能のばら
つき、プロセス条件の計画からのずれ、部分負荷特性の
計画値からのずれなどのため、改質器１０出口における
アノードガスの温度が出口における計画値とならない場
合が多く、燃料電池１２に不都合な状態を生じさせてい
た。
【０００６】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、改質器出口に温度センサを設け、入口側に設けた
加熱器を制御することにより、改質器出口のアノードガ
スの温度を所定の範囲に設定するようにした改質器の出
口温度制御方法を提供することを目的とする。
ので、改質器出口に温度センサを設け、入口側に設けた
加熱器を制御することにより、改質器出口のアノードガ
スの温度を所定の範囲に設定するようにした改質器の出
口温度制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、燃料電池の排ガスを燃焼させ、その熱で燃料ガスを
アノードガスに改質し燃料電池に供給する改質器の出口
温度制御方法において、改質器の出口側に設けられたア
ノードガスの温度を検出する温度センサと、改質器の入
口側に設けられ燃料ガスを加熱する加熱器とを備え、前
記温度センサの検出値が所定の温度範囲となるように前
記加熱器を制御するようにしたものである。
め、燃料電池の排ガスを燃焼させ、その熱で燃料ガスを
アノードガスに改質し燃料電池に供給する改質器の出口
温度制御方法において、改質器の出口側に設けられたア
ノードガスの温度を検出する温度センサと、改質器の入
口側に設けられ燃料ガスを加熱する加熱器とを備え、前
記温度センサの検出値が所定の温度範囲となるように前
記加熱器を制御するようにしたものである。
【０００８】また、前記加熱器として熱交換器を用い加
熱ガスとして燃料電池のアノード排ガスを用いるように
したものである。
熱ガスとして燃料電池のアノード排ガスを用いるように
したものである。
【０００９】また、前記加熱器として電気ヒータを用い
るようにしたものである。
るようにしたものである。
【００１０】
【作用】改質器出口におけるアノードガスの温度と加熱
器に加える加熱量との関係を負荷条件等の燃料電池の運
転条件ごとに求めておき、運転条件が決まるとそれに対
応した加熱量を加熱器に加え、改質器出口温度をフィー
ドバックしながら加熱量を制御することにより燃料電池
に供給するアノードガスの温度を計画値の範囲に制御す
ることができる。
器に加える加熱量との関係を負荷条件等の燃料電池の運
転条件ごとに求めておき、運転条件が決まるとそれに対
応した加熱量を加熱器に加え、改質器出口温度をフィー
ドバックしながら加熱量を制御することにより燃料電池
に供給するアノードガスの温度を計画値の範囲に制御す
ることができる。
【００１１】加熱器として熱交換器を用い加熱ガスとし
て燃料電池のアノード排ガスを用いることによりアノー
ド排ガスの有効利用ができ、燃料電池の効率が向上す
る。また、加熱器として電気ヒータを用いることにより
制御特性が向上する。
て燃料電池のアノード排ガスを用いることによりアノー
ド排ガスの有効利用ができ、燃料電池の効率が向上す
る。また、加熱器として電気ヒータを用いることにより
制御特性が向上する。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図１は本発明の第一実施例を示す。図３
と同一符号は同一の機能を有するものを表す。改質器１
０の入口側に熱交換器２０を設ける。熱交換器２０には
加熱ガスを供給する供給ライン２１と、燃料ガス１と熱
交換した排ガスを放出する排ガスライン２２と、供給ラ
イン２１と排ガスライン２２を結ぶバイパスライン２３
が設けられ、バイパスライン２３には流量調整弁２４が
設けられている。改質器１０出口にはアノードガスの温
度を検出する温度センサ２５が設けられ、排ガスライン
２２にはこのラインの異常温度上昇をおさえるために排
ガスの温度を検出する温度センサ２６が設けられてい
る。温度コントローラ２７は両温度センサ２５，２６の
検出値を入力し、運転条件に応じて予め定められたアノ
ードガスの温度となるよう流量調整弁２４のフィードバ
ック制御を行う。
して説明する。図１は本発明の第一実施例を示す。図３
と同一符号は同一の機能を有するものを表す。改質器１
０の入口側に熱交換器２０を設ける。熱交換器２０には
加熱ガスを供給する供給ライン２１と、燃料ガス１と熱
交換した排ガスを放出する排ガスライン２２と、供給ラ
イン２１と排ガスライン２２を結ぶバイパスライン２３
が設けられ、バイパスライン２３には流量調整弁２４が
設けられている。改質器１０出口にはアノードガスの温
度を検出する温度センサ２５が設けられ、排ガスライン
２２にはこのラインの異常温度上昇をおさえるために排
ガスの温度を検出する温度センサ２６が設けられてい
る。温度コントローラ２７は両温度センサ２５，２６の
検出値を入力し、運転条件に応じて予め定められたアノ
ードガスの温度となるよう流量調整弁２４のフィードバ
ック制御を行う。
【００１３】なお、図３に示すように改質器１０の入口
には燃料ガス１を予熱する予熱器１１が設けられている
ので、熱交換器２０はこの予熱器１１の機能も兼ねた容
量とすることにより、機器の台数は増加せずコストアッ
プを少なくすることができる。供給ライン２１には燃料
電池１２のアノード排ガス４を用いる。アノード排ガス
４は燃料電池１２の出口では７００℃程度はあり、熱交
換器２０出口における燃料ガス１の温度は４５０℃前後
であるので加熱源として適しており、プラントの全体効
率が向上する。
には燃料ガス１を予熱する予熱器１１が設けられている
ので、熱交換器２０はこの予熱器１１の機能も兼ねた容
量とすることにより、機器の台数は増加せずコストアッ
プを少なくすることができる。供給ライン２１には燃料
電池１２のアノード排ガス４を用いる。アノード排ガス
４は燃料電池１２の出口では７００℃程度はあり、熱交
換器２０出口における燃料ガス１の温度は４５０℃前後
であるので加熱源として適しており、プラントの全体効
率が向上する。
【００１４】次に、第２実施例の説明をする。図２は第
２実施例の構成を示す。図３と同一符号は同一の機能を
有するものを表す。本実施例は予熱器１１と改質器１０
の間に電気ヒータ３０を設けたものである。改質器１０
出口にはアノードガスの温度を検出する温度センサ２１
が設けられ、温度コントローラ３１は温度センサ２１の
検出値を入力し、運転条件に応じて予め定められたアノ
ードガスの温度となるよう電気ヒータ制御装置３２を制
御する。
２実施例の構成を示す。図３と同一符号は同一の機能を
有するものを表す。本実施例は予熱器１１と改質器１０
の間に電気ヒータ３０を設けたものである。改質器１０
出口にはアノードガスの温度を検出する温度センサ２１
が設けられ、温度コントローラ３１は温度センサ２１の
検出値を入力し、運転条件に応じて予め定められたアノ
ードガスの温度となるよう電気ヒータ制御装置３２を制
御する。
【００１５】改質器１０出口におけるアノードガスの温
度を制御する場合、出口側に加熱器を設けることが考え
られるが、本発明のように入口側に設けることにより、
次のような利点がある。 改質器１０の出口側のアノードガスの温度は６００
℃程度であるのに対し、入口側の温度は４５０℃程度で
ある。このため加熱器の温度設計条件が緩和され、低質
の材料の使用が可能になる。 天然ガスに水蒸気を加えた燃料ガス１が改質器１０
でアノードガスに改質されると体積が２倍となる。つま
り、入口側に設けた加熱器は出口側に設けた加熱器の半
分の流量を取り扱えばよいので、加熱器をコンパクトに
設計することができる。
度を制御する場合、出口側に加熱器を設けることが考え
られるが、本発明のように入口側に設けることにより、
次のような利点がある。 改質器１０の出口側のアノードガスの温度は６００
℃程度であるのに対し、入口側の温度は４５０℃程度で
ある。このため加熱器の温度設計条件が緩和され、低質
の材料の使用が可能になる。 天然ガスに水蒸気を加えた燃料ガス１が改質器１０
でアノードガスに改質されると体積が２倍となる。つま
り、入口側に設けた加熱器は出口側に設けた加熱器の半
分の流量を取り扱えばよいので、加熱器をコンパクトに
設計することができる。
【００１６】メタンを主とする天然ガスと水蒸気を改質
器１０で改質触媒と共に加熱すると水素と一酸化炭素を
主体とするアノードガスとなる。この反応式は次の式で
表される。 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→３Ｈ2 ＋ＣＯ 上式の左辺は２モルであり、右辺は４モルである。ゆえ
に燃料ガス１は改質されて２倍の体積のアノードガスに
なる。
器１０で改質触媒と共に加熱すると水素と一酸化炭素を
主体とするアノードガスとなる。この反応式は次の式で
表される。 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→３Ｈ2 ＋ＣＯ 上式の左辺は２モルであり、右辺は４モルである。ゆえ
に燃料ガス１は改質されて２倍の体積のアノードガスに
なる。
【００１７】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、改質器の出口側に温度センサを設け、入口側に加熱
器を設けて改質器出口のアノードガスの温度を所定の範
囲内に制御するので、燃料電池を効率良く、かつ燃料電
池を安全に運転することができる。また、加熱器を改質
器の入口側に設けることにより、加熱器の温度条件が緩
和され、加熱されるガスの体積が少なくてすみ、さらに
既存の予熱器と一体にすることが可能になる。
は、改質器の出口側に温度センサを設け、入口側に加熱
器を設けて改質器出口のアノードガスの温度を所定の範
囲内に制御するので、燃料電池を効率良く、かつ燃料電
池を安全に運転することができる。また、加熱器を改質
器の入口側に設けることにより、加熱器の温度条件が緩
和され、加熱されるガスの体積が少なくてすみ、さらに
既存の予熱器と一体にすることが可能になる。
【図 １】本発明の第１実施例の構成を示す図である。
【図 ２】本発明の第２実施例の構成を示す図である。
【図 ３】従来の溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電設
備の全体構成図である。
備の全体構成図である。
１ 燃料ガス ２ アノードガス ３ カソードガス ４ アノード排ガス ５ 燃焼排ガス ６ 空気 ７ カソード排ガス １０ 改質器 １１ 予熱器 １２ 燃料電池 １６ タービン圧縮機 １９ 循環ライン ２０ 熱交換器（加熱器） ２１ 供給ライン ２２ 排ガスライン ２３ バイパスライン ２４ 流量調整弁 ２５、２６ 温度センサ ２７、３１ 温度コントローラ ３０ 電気ヒータ（加熱器） ３２ 電気ヒータ制御装置
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料電池の排ガスを燃焼させ、その熱で
燃料ガスをアノードガスに改質し燃料電池に供給する改
質器の出口温度制御方法において、 改質器の出口側に設けられたアノードガスの温度を検出
する温度センサと、改質器の入口側に設けられ燃料ガス
を加熱する加熱器とを備え、 前記温度センサの検出値が所定の温度範囲となるように
前記加熱器を制御することを特徴とする改質器の出口温
度制御方法。 - 【請求項２】 前記加熱器として熱交換器を用い加熱ガ
スとして燃料電池のアノード排ガスを用いることを特長
とする請求項１記載の改質器の出口温度制御方法。 - 【請求項３】 前記加熱器として電気ヒータを用いるこ
とを特長とする請求項１記載の改質器の出口温度制御方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29777493A JP3467759B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 改質器の出口温度制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29777493A JP3467759B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 改質器の出口温度制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07153475A true JPH07153475A (ja) | 1995-06-16 |
| JP3467759B2 JP3467759B2 (ja) | 2003-11-17 |
Family
ID=17851011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29777493A Expired - Fee Related JP3467759B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 改質器の出口温度制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3467759B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003238112A (ja) * | 2003-01-10 | 2003-08-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素生成装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4555149B2 (ja) | 2005-05-23 | 2010-09-29 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム及びその運転方法 |
-
1993
- 1993-11-29 JP JP29777493A patent/JP3467759B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003238112A (ja) * | 2003-01-10 | 2003-08-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素生成装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3467759B2 (ja) | 2003-11-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |