JPH09199153A - 燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化検出方法 - Google Patents
燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化検出方法Info
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- JPH09199153A JPH09199153A JP8019272A JP1927296A JPH09199153A JP H09199153 A JPH09199153 A JP H09199153A JP 8019272 A JP8019272 A JP 8019272A JP 1927296 A JP1927296 A JP 1927296A JP H09199153 A JPH09199153 A JP H09199153A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 改質装置の改質触媒上へのカーボン析出によ
る改質触媒の劣化を予め知ること。 【解決手段】 改質装置４に差圧計２０を設けて、その
改質装置４における圧力損失を測定し、設定値と比較し
て改質触媒劣化情報を得る。
る改質触媒の劣化を予め知ること。 【解決手段】 改質装置４に差圧計２０を設けて、その
改質装置４における圧力損失を測定し、設定値と比較し
て改質触媒劣化情報を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プロパンガス等の
燃料を供給して発電を行なう燃料電池発電装置に係り、
特に燃料と水蒸気を改質媒質上で反応させて水素リッチ
ガスを生成する改質装置の圧力損失を検出できるように
した燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化を検出
する劣化検出方法に関するものである。
燃料を供給して発電を行なう燃料電池発電装置に係り、
特に燃料と水蒸気を改質媒質上で反応させて水素リッチ
ガスを生成する改質装置の圧力損失を検出できるように
した燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化を検出
する劣化検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２に従来の技術として、プロパンガス
を燃料とした燃料電池発電装置の構成の系統図を示す。
図２において、１は液化プロパンガスＧ１′を気化させ
てプロパンガスＧ１とするための気化器、２はプロパン
ガスＧ１に含まれる硫黄分を除去するための脱硫装置、
３はプロパンガスＧ１を改質用水蒸気と混合するエジェ
クタ、４はプロパンガスＧ１と水蒸気を改質触媒上で反
応させて水素リッチな改質ガスを得るための改質装置で
ある。この改質装置４は改質触媒が充填された改質部４
ａ、起動用バーナ４ｂ、改質バーナ４ｃを有する。
を燃料とした燃料電池発電装置の構成の系統図を示す。
図２において、１は液化プロパンガスＧ１′を気化させ
てプロパンガスＧ１とするための気化器、２はプロパン
ガスＧ１に含まれる硫黄分を除去するための脱硫装置、
３はプロパンガスＧ１を改質用水蒸気と混合するエジェ
クタ、４はプロパンガスＧ１と水蒸気を改質触媒上で反
応させて水素リッチな改質ガスを得るための改質装置で
ある。この改質装置４は改質触媒が充填された改質部４
ａ、起動用バーナ４ｂ、改質バーナ４ｃを有する。
【０００３】また、５は水素リッチな改質ガス中の一酸
化炭素濃度を低減させるためのシフトコンバータ、６は
外気を取り込んで送り出す空気ブロア、７は燃料極７ａ
と酸化剤極７ｂとが電解質７ｃを挟んで配置されたセル
を複数組積層してなるリン酸型燃料電池本体、８は燃料
電池出力Ｐｏを電圧変換或いは直流／交流変換する変換
装置、９は燃焼排ガスや酸化剤極排ガスから凝縮水を得
るための凝縮器、１０はヒータ１０ａにより水を加熱し
て水蒸気を発生させる気水分離器、１１はそのヒータ１
０ａ用の電源、１２は蒸発器、１３は排熱利用システ
ム、１４は液化プロパンガスＧ１′のポンプ、１５は補
給水のポンプ、１６は制御部１６ａや比較演算部１６ｂ
を有し燃料電池発電装置の全体を制御する制御装置、１
７はリサイクル配管、１８は燃料極排ガス配管、１９は
負荷である。
化炭素濃度を低減させるためのシフトコンバータ、６は
外気を取り込んで送り出す空気ブロア、７は燃料極７ａ
と酸化剤極７ｂとが電解質７ｃを挟んで配置されたセル
を複数組積層してなるリン酸型燃料電池本体、８は燃料
電池出力Ｐｏを電圧変換或いは直流／交流変換する変換
装置、９は燃焼排ガスや酸化剤極排ガスから凝縮水を得
るための凝縮器、１０はヒータ１０ａにより水を加熱し
て水蒸気を発生させる気水分離器、１１はそのヒータ１
０ａ用の電源、１２は蒸発器、１３は排熱利用システ
ム、１４は液化プロパンガスＧ１′のポンプ、１５は補
給水のポンプ、１６は制御部１６ａや比較演算部１６ｂ
を有し燃料電池発電装置の全体を制御する制御装置、１
７はリサイクル配管、１８は燃料極排ガス配管、１９は
負荷である。
【０００４】また、Ｂ１〜Ｂ３は遮断弁、Ｃ１〜Ｃ５は
流量制御弁、Ｓ１、Ｓ２は液面センサ、Ｓ３、Ｓ４は温
度センサ、Ｓ５は圧力センサ、Ｓ６は電圧センサ、Ｓ７
は電流センサである。
流量制御弁、Ｓ１、Ｓ２は液面センサ、Ｓ３、Ｓ４は温
度センサ、Ｓ５は圧力センサ、Ｓ６は電圧センサ、Ｓ７
は電流センサである。
【０００５】以下、図２を用いて従来の燃料電池発電装
置の発電作用について説明する。液化プロパンガスＧ
１′は遮断弁Ｂ１を介して気化器１に対してポンプ１４
によって自動的に供給される。この気化器１の内部の液
化プロパンガスＧ１′の量は、液面センサＳ１で所定の
範囲に維持される。この気化器１の熱源には電気ヒータ
や燃料電池排熱等が利用される。
置の発電作用について説明する。液化プロパンガスＧ
１′は遮断弁Ｂ１を介して気化器１に対してポンプ１４
によって自動的に供給される。この気化器１の内部の液
化プロパンガスＧ１′の量は、液面センサＳ１で所定の
範囲に維持される。この気化器１の熱源には電気ヒータ
や燃料電池排熱等が利用される。
【０００６】制御装置１６の制御部１６ａから制御信号
ａを送信することによって遮断弁Ｂ２を開くことによ
り、気化器１で得られたプロパンガスＧ１が脱硫装置２
に供給される。その脱硫装置２においては、改質装置４
およびリン酸型燃料電池本体７の燃料極７ａの触媒の劣
化原因となるプロパンガスＧ１中の腐臭剤に含まれる硫
黄分を除去する。プロパンガスＧ１の供給量は、流量制
御弁Ｃ１の開度をリン酸型燃料電池本体７の燃料電池出
力Ｐｏに合わせて制御装置１６の制御部１６ａからの制
御信号ｂで調整することにより、制御する。
ａを送信することによって遮断弁Ｂ２を開くことによ
り、気化器１で得られたプロパンガスＧ１が脱硫装置２
に供給される。その脱硫装置２においては、改質装置４
およびリン酸型燃料電池本体７の燃料極７ａの触媒の劣
化原因となるプロパンガスＧ１中の腐臭剤に含まれる硫
黄分を除去する。プロパンガスＧ１の供給量は、流量制
御弁Ｃ１の開度をリン酸型燃料電池本体７の燃料電池出
力Ｐｏに合わせて制御装置１６の制御部１６ａからの制
御信号ｂで調整することにより、制御する。
【０００７】遮断弁Ｂ３は、制御装置１６の制御部１６
ａから送信された制御信号ｃにより、燃料電池発電装置
の起動時のみ開き、改質装置４の起動用バーナ４ｂに対
して改質装置４の昇温のためにそのプロパンガスＧ１を
供給して燃焼させ、それ以外は閉じておく。
ａから送信された制御信号ｃにより、燃料電池発電装置
の起動時のみ開き、改質装置４の起動用バーナ４ｂに対
して改質装置４の昇温のためにそのプロパンガスＧ１を
供給して燃焼させ、それ以外は閉じておく。
【０００８】プロパンガスＧ１の供給量は、電圧センサ
Ｓ６と電流センサＳ７で検出した燃料電池出力Ｐｏを検
出信号Ａ、Ｂとして制御装置１６の比較演算部１６ｂに
送信し、また温度センサＳ３で検出した改質装置４の温
度を検出信号Ｃとして同比較演算部１６ｂに送信し、予
め設定記憶された燃料電池出力Ｐｏおよび改質装置４の
温度と、流量制御弁Ｃ１の開度（すなわち、プロパンガ
ス供給量）の関係に基づき、制御装置１６の制御部１６
ａから制御信号ｂを送信し、その流量制御弁Ｃ１の開度
を調節することにより、燃料電池出力Ｐｏに見合った値
に設定する。
Ｓ６と電流センサＳ７で検出した燃料電池出力Ｐｏを検
出信号Ａ、Ｂとして制御装置１６の比較演算部１６ｂに
送信し、また温度センサＳ３で検出した改質装置４の温
度を検出信号Ｃとして同比較演算部１６ｂに送信し、予
め設定記憶された燃料電池出力Ｐｏおよび改質装置４の
温度と、流量制御弁Ｃ１の開度（すなわち、プロパンガ
ス供給量）の関係に基づき、制御装置１６の制御部１６
ａから制御信号ｂを送信し、その流量制御弁Ｃ１の開度
を調節することにより、燃料電池出力Ｐｏに見合った値
に設定する。
【０００９】脱硫装置２で硫黄分が除去されたプロパン
ガスは、エジェクタ３で気水分離器１０から供給された
改質用水蒸気と混合され、改質装置４の改質触媒が充填
された改質部４ａに供給される。エジェクタ３への改質
用水蒸気供給量は、予め設定記憶された流量制御弁Ｃ１
の開度（すなわち、プロパンガス供給量）とエジェクタ
３の開度の関係に基づいて、制御装置１６の制御部１６
ａから制御信号ｄを送信してエジェクタ３の開度を調整
することで、予め設定記憶された所定のスチームカーボ
ン比（以下、「Ｓ／Ｃ」と呼ぶ）となるように設定され
る。
ガスは、エジェクタ３で気水分離器１０から供給された
改質用水蒸気と混合され、改質装置４の改質触媒が充填
された改質部４ａに供給される。エジェクタ３への改質
用水蒸気供給量は、予め設定記憶された流量制御弁Ｃ１
の開度（すなわち、プロパンガス供給量）とエジェクタ
３の開度の関係に基づいて、制御装置１６の制御部１６
ａから制御信号ｄを送信してエジェクタ３の開度を調整
することで、予め設定記憶された所定のスチームカーボ
ン比（以下、「Ｓ／Ｃ」と呼ぶ）となるように設定され
る。
【００１０】改質装置４では、燃料ガスであるプロパン
ガスＧ１の水蒸気改質が行なわれ、水素リッチな改質ガ
スがつくられる。プロパンの水蒸気改質反応は次の式
（１）で表される。 Ｃ3 Ｈ8 ＋ ３Ｈ2 Ｏ → ３ＣＯ ＋ ７Ｈ2 ・・・・（１）
ガスＧ１の水蒸気改質が行なわれ、水素リッチな改質ガ
スがつくられる。プロパンの水蒸気改質反応は次の式
（１）で表される。 Ｃ3 Ｈ8 ＋ ３Ｈ2 Ｏ → ３ＣＯ ＋ ７Ｈ2 ・・・・（１）
【００１１】この水素リッチな改質ガスには、リン酸型
燃料電池本体７の燃料極７ａの触媒の劣化原因となる一
酸化炭素が含まれているので、その改質ガスはシフト触
媒を充填したシフトコンバータ５に送られ、次の式
（２）に示すシフト反応により、改質ガス中の一酸化炭
素が二酸化炭素に変換される。 ＣＯ ＋ Ｈ2 Ｏ → ＣＯ2 ＋ Ｈ2 ・・・・（２）
燃料電池本体７の燃料極７ａの触媒の劣化原因となる一
酸化炭素が含まれているので、その改質ガスはシフト触
媒を充填したシフトコンバータ５に送られ、次の式
（２）に示すシフト反応により、改質ガス中の一酸化炭
素が二酸化炭素に変換される。 ＣＯ ＋ Ｈ2 Ｏ → ＣＯ2 ＋ Ｈ2 ・・・・（２）
【００１２】改質ガス中の一酸化炭素含有量は、シフト
コンバータ５におけるこのような反応により１％以下ま
で低減される。シフトコンバータ５で一酸化炭素が下げ
られた水素リッチなシフトコンバータ５の出力ガスは、
リン酸型燃料電池本体７の燃料極７ａに供給されるとと
もに、その一部はリサイクル配管１７を経由することに
より脱硫装置２にリサイクルされ、そのリサイクルガス
中の水素が脱硫反応に使用される。
コンバータ５におけるこのような反応により１％以下ま
で低減される。シフトコンバータ５で一酸化炭素が下げ
られた水素リッチなシフトコンバータ５の出力ガスは、
リン酸型燃料電池本体７の燃料極７ａに供給されるとと
もに、その一部はリサイクル配管１７を経由することに
より脱硫装置２にリサイクルされ、そのリサイクルガス
中の水素が脱硫反応に使用される。
【００１３】このリサイクルガスの供給量は、予め設定
記憶された流量制御弁Ｃ１の開度（すなわち、プロパン
ガス供給量）と流量制御弁Ｃ４の開度（すわなち、リサ
イクルガス供給量）の関係に基づき、制御装置１６の制
御部１６ａから制御信号ｅをその流量制御弁Ｃ４に送信
し、開度を調整することによって、予め設定記憶された
所定の供給量に設定される。
記憶された流量制御弁Ｃ１の開度（すなわち、プロパン
ガス供給量）と流量制御弁Ｃ４の開度（すわなち、リサ
イクルガス供給量）の関係に基づき、制御装置１６の制
御部１６ａから制御信号ｅをその流量制御弁Ｃ４に送信
し、開度を調整することによって、予め設定記憶された
所定の供給量に設定される。
【００１４】一方、リン酸型燃料電池本体７の酸化剤極
７ｂには、空気ブロア６を用いて取り込んだ外気を発電
用エアとして供給する。この発電用エアの供給量は、電
圧センサＳ６と電流センサＳ７で検出した燃料電池出力
Ｐｏを検出信号Ａ、Ｂとして制御装置１６の比較演算部
１６ｂに送信し、予め設定記憶された燃料電池出力Ｐｏ
と空気ブロア６の回転数および流量制御弁Ｃ３の開度
（すなわち、発電用エアー供給量）の関係に基づいて、
制御装置１６の制御部１６ａから制御信号ｆを送信して
空気ブロア６の回転数を調節し、また制御装置１６の制
御部１６ａから制御信号ｇを送信して流量制御弁Ｃ３の
開度を調整し、燃料電池出力Ｐｏに見合った値に設定さ
れる。
７ｂには、空気ブロア６を用いて取り込んだ外気を発電
用エアとして供給する。この発電用エアの供給量は、電
圧センサＳ６と電流センサＳ７で検出した燃料電池出力
Ｐｏを検出信号Ａ、Ｂとして制御装置１６の比較演算部
１６ｂに送信し、予め設定記憶された燃料電池出力Ｐｏ
と空気ブロア６の回転数および流量制御弁Ｃ３の開度
（すなわち、発電用エアー供給量）の関係に基づいて、
制御装置１６の制御部１６ａから制御信号ｆを送信して
空気ブロア６の回転数を調節し、また制御装置１６の制
御部１６ａから制御信号ｇを送信して流量制御弁Ｃ３の
開度を調整し、燃料電池出力Ｐｏに見合った値に設定さ
れる。
【００１５】リン酸型燃料電池本体７の燃料極７ａで
は、次の式（３）により改質ガス中の水素が水素イオン
と電子に変る。水素イオンは電解質７ｃの内部を拡散し
て酸化剤極７ｂに到達し、電子は外部回路を流れ、燃料
電池出力Ｐｏとして取り出される。 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- ・・・・（３）
は、次の式（３）により改質ガス中の水素が水素イオン
と電子に変る。水素イオンは電解質７ｃの内部を拡散し
て酸化剤極７ｂに到達し、電子は外部回路を流れ、燃料
電池出力Ｐｏとして取り出される。 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- ・・・・（３）
【００１６】酸化剤極７ｂでは、次の式（４）に示す反
応により、燃料極７ａから電解質７ｃの中を拡散してき
た水素イオン、燃料極７ａから外部回路を通じて移動し
てきた電子、および空気中の酸素が反応し、水が生成す
る。 ２Ｈ+ ＋ 1/2 Ｏ2 ＋ ２ｅ- → Ｈ2 Ｏ ・・・・（４）
応により、燃料極７ａから電解質７ｃの中を拡散してき
た水素イオン、燃料極７ａから外部回路を通じて移動し
てきた電子、および空気中の酸素が反応し、水が生成す
る。 ２Ｈ+ ＋ 1/2 Ｏ2 ＋ ２ｅ- → Ｈ2 Ｏ ・・・・（４）
【００１７】以上の式（３）と（４）をまとめると、リ
ン酸型燃料電池本体７の全電池反応は、次の式（５）に
示す水素と酸素から水ができる単純な反応として表すこ
とができる。 Ｈ2 ＋ 1/2 Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ ・・・・（５） 発電によって得られた燃料電池出力Ｐｏは、変換装置８
で電圧変換あるいは直流／交流変換が行なわれた後、負
荷１９に供給される。
ン酸型燃料電池本体７の全電池反応は、次の式（５）に
示す水素と酸素から水ができる単純な反応として表すこ
とができる。 Ｈ2 ＋ 1/2 Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ ・・・・（５） 発電によって得られた燃料電池出力Ｐｏは、変換装置８
で電圧変換あるいは直流／交流変換が行なわれた後、負
荷１９に供給される。
【００１８】燃料極７ａでは、改質ガス中の水素がすべ
て式（４）に示した電極反応で消費されるわけではな
く、全体の８０％程度の水素が使われるだけである。残
りの約２０％の水素が未反応水素として、燃料極排ガス
中に残存する。これは、燃料極７ａで改質ガス中の水素
をすべて電極反応で消費しようとすると、ガスの出口付
近で局所的に水素が不足し、水素の代わりに燃料極基板
のカーボンが反応することによってリン酸型燃料電池本
体７が劣化することを防止するためである。未反応水素
を含む燃料極排ガスは、燃料極排ガス配管１８を経由し
て改質装置４の改質バーナ４ｃに供給され、バーナ燃料
として使用される。
て式（４）に示した電極反応で消費されるわけではな
く、全体の８０％程度の水素が使われるだけである。残
りの約２０％の水素が未反応水素として、燃料極排ガス
中に残存する。これは、燃料極７ａで改質ガス中の水素
をすべて電極反応で消費しようとすると、ガスの出口付
近で局所的に水素が不足し、水素の代わりに燃料極基板
のカーボンが反応することによってリン酸型燃料電池本
体７が劣化することを防止するためである。未反応水素
を含む燃料極排ガスは、燃料極排ガス配管１８を経由し
て改質装置４の改質バーナ４ｃに供給され、バーナ燃料
として使用される。
【００１９】前記式（１）に示したプロパンの水蒸気改
質反応は、吸熱反応であるので、外部から熱を改質装置
４の改質部４ａに与える必要がある。このために、改質
バーナ４ｃにおいて燃料極排ガス中の水素を燃焼用エア
ーとともに燃焼させることにより、改質装置４の改質部
４ａの触媒充填層温度を摂氏で最大７００度程度まで昇
温する。
質反応は、吸熱反応であるので、外部から熱を改質装置
４の改質部４ａに与える必要がある。このために、改質
バーナ４ｃにおいて燃料極排ガス中の水素を燃焼用エア
ーとともに燃焼させることにより、改質装置４の改質部
４ａの触媒充填層温度を摂氏で最大７００度程度まで昇
温する。
【００２０】このとき、空気ブロア６からの燃焼用エア
ーの供給量は、流量制御弁Ｃ２の開度を一定にすること
によって一定値に設定しても良いし、また温度センサＳ
３で検出した改質装置４の温度の検出信号Ｃを制御装置
１６の比較演算部１６ｂに送信し、予め設定記憶された
改質装置温度と空気ブロア６の回転数および流量制御弁
Ｃ２の開度（すなわち、燃焼用エアー供給量）の関係に
基づいて、制御装置１６の制御部１６ａから制御信号ｆ
とｈを送信することによって、空気ブロア６の回転数と
流量制御弁Ｃ２の開度を調整し設定しても良い。
ーの供給量は、流量制御弁Ｃ２の開度を一定にすること
によって一定値に設定しても良いし、また温度センサＳ
３で検出した改質装置４の温度の検出信号Ｃを制御装置
１６の比較演算部１６ｂに送信し、予め設定記憶された
改質装置温度と空気ブロア６の回転数および流量制御弁
Ｃ２の開度（すなわち、燃焼用エアー供給量）の関係に
基づいて、制御装置１６の制御部１６ａから制御信号ｆ
とｈを送信することによって、空気ブロア６の回転数と
流量制御弁Ｃ２の開度を調整し設定しても良い。
【００２１】燃料極排ガス中の未反応水素の燃焼反応に
より生成した水蒸気を含む改質バーナ４ｃでの燃焼排ガ
スと、前記式（５）に示した電池反応により生成した水
蒸気を含む酸化剤極排ガスは、凝縮器９に送られ、水蒸
気が凝縮水として除去された後に、排ガスとして大気中
に放出される。凝縮水は気水分離器１０に戻され、電池
冷却水、改質用水蒸気、排熱回収用水蒸気等に利用され
る。
より生成した水蒸気を含む改質バーナ４ｃでの燃焼排ガ
スと、前記式（５）に示した電池反応により生成した水
蒸気を含む酸化剤極排ガスは、凝縮器９に送られ、水蒸
気が凝縮水として除去された後に、排ガスとして大気中
に放出される。凝縮水は気水分離器１０に戻され、電池
冷却水、改質用水蒸気、排熱回収用水蒸気等に利用され
る。
【００２２】前記の式（５）に示した電池反応は発熱反
応であるので、リン酸型燃料電池本体７の温度は、発電
により時間とともに上昇する。リン酸型燃料電池本体７
の温度上昇が起こると、電解質の水素イオン伝導率が上
がるために出力特性が一時的に向上するが、劣化が起こ
り易くなり、寿命低下が生じる。そこで、気水分離器１
０から電池冷却水を循環させてリン酸型燃料電池本体７
の冷却を行なう。
応であるので、リン酸型燃料電池本体７の温度は、発電
により時間とともに上昇する。リン酸型燃料電池本体７
の温度上昇が起こると、電解質の水素イオン伝導率が上
がるために出力特性が一時的に向上するが、劣化が起こ
り易くなり、寿命低下が生じる。そこで、気水分離器１
０から電池冷却水を循環させてリン酸型燃料電池本体７
の冷却を行なう。
【００２３】このリン酸型燃料電池本体７の温度は、寿
命と電池性能の両方を勘案して、摂氏１９０度前後に設
定されるのが一般的である。電池冷却水のリン酸型燃料
電池本体７の出口温度は温度センサＳ４で検出し、その
検出信号Ｄを制御装置１６の比較演算部１６ｂに送信す
る。
命と電池性能の両方を勘案して、摂氏１９０度前後に設
定されるのが一般的である。電池冷却水のリン酸型燃料
電池本体７の出口温度は温度センサＳ４で検出し、その
検出信号Ｄを制御装置１６の比較演算部１６ｂに送信す
る。
【００２４】電池冷却水の供給量は、温度センサＳ４で
検出したリン酸型燃料電池本体７の出口温度が予め設定
記憶された所定の温度範囲となるように、制御信号ｉを
制御装置１６の制御部１６ａから流量制御弁Ｃ５に送信
し、その流量制御弁Ｃ５の開度を調整することによって
設定する。リン酸型燃料電池本体７を出た電池冷却水
は、水と水蒸気の混合物の形で気水気分離器１０に戻さ
れる。
検出したリン酸型燃料電池本体７の出口温度が予め設定
記憶された所定の温度範囲となるように、制御信号ｉを
制御装置１６の制御部１６ａから流量制御弁Ｃ５に送信
し、その流量制御弁Ｃ５の開度を調整することによって
設定する。リン酸型燃料電池本体７を出た電池冷却水
は、水と水蒸気の混合物の形で気水気分離器１０に戻さ
れる。
【００２５】気水分離器１０では、圧力センサＳ５で検
出した圧力検出信号Ｅおよび液面センサＳ２で検出した
水位検出信号Ｆが制御装置１６の比較演算部１６ｂに送
信される。起動時および圧力センサＳ５が気水分離器１
０の圧力が予め設定記憶された所定の圧力より低下した
ことを検出した場合には、制御装置１６の制御部１６ａ
から制御信号ｊをヒータ電源１１に対して、圧力センサ
Ｓ５による検出圧力が予め設定記憶された所定の圧力を
超えることを検出するまで供給し、予め設定記憶された
所定の電力を供給して、水蒸気を発生させる。
出した圧力検出信号Ｅおよび液面センサＳ２で検出した
水位検出信号Ｆが制御装置１６の比較演算部１６ｂに送
信される。起動時および圧力センサＳ５が気水分離器１
０の圧力が予め設定記憶された所定の圧力より低下した
ことを検出した場合には、制御装置１６の制御部１６ａ
から制御信号ｊをヒータ電源１１に対して、圧力センサ
Ｓ５による検出圧力が予め設定記憶された所定の圧力を
超えることを検出するまで供給し、予め設定記憶された
所定の電力を供給して、水蒸気を発生させる。
【００２６】また、液面センサＳ２により、気水分離器
１０の水位が予め設定記憶された所定の水位より低下し
たことを検出した場合には、制御装置１６の制御部１６
ａから制御信号ｋを補給水ポンプ１５に送信し、液面セ
ンサＳ２による検出水位が予め設定記憶された所定の水
位を超えるまで、その補給水ポンプ１５を動作させて気
水分離器１０に補給水を供給する。
１０の水位が予め設定記憶された所定の水位より低下し
たことを検出した場合には、制御装置１６の制御部１６
ａから制御信号ｋを補給水ポンプ１５に送信し、液面セ
ンサＳ２による検出水位が予め設定記憶された所定の水
位を超えるまで、その補給水ポンプ１５を動作させて気
水分離器１０に補給水を供給する。
【００２７】リン酸型燃料電池本体７から気水分離器１
０に供給された水蒸気あるいは気水分離器１０で発生さ
せた水蒸気のうち、改質用水蒸気として使用する以外の
水蒸気は、排熱回収用水蒸気として蒸発器１２に供給さ
れ、排熱利用システム１３の冷媒の蒸発に使用される。
蒸発器１２で凝縮した排熱回収用水蒸気の凝縮水は気水
分離器１０に戻される。
０に供給された水蒸気あるいは気水分離器１０で発生さ
せた水蒸気のうち、改質用水蒸気として使用する以外の
水蒸気は、排熱回収用水蒸気として蒸発器１２に供給さ
れ、排熱利用システム１３の冷媒の蒸発に使用される。
蒸発器１２で凝縮した排熱回収用水蒸気の凝縮水は気水
分離器１０に戻される。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】次に、従来の燃料電池
発電装置の問題点について説明する。従来の燃料電池発
電装置では、改質装置４の改質部４ａにおけるＳ／Ｃが
小さい場合には、都市ガス等の燃料改質過程で改質部４
ａに充填された改質触媒上にカーボンが析出するという
問題があった。改質触媒上にカーボンが析出すると、体
積膨張により改質触媒の微粉化も起こり、この結果、析
出カーボンと微粉化した触媒とにより改質部４ａにおけ
る圧力損失が増加し、改質部４ａへの所定量の燃料供給
が困難となる。
発電装置の問題点について説明する。従来の燃料電池発
電装置では、改質装置４の改質部４ａにおけるＳ／Ｃが
小さい場合には、都市ガス等の燃料改質過程で改質部４
ａに充填された改質触媒上にカーボンが析出するという
問題があった。改質触媒上にカーボンが析出すると、体
積膨張により改質触媒の微粉化も起こり、この結果、析
出カーボンと微粉化した触媒とにより改質部４ａにおけ
る圧力損失が増加し、改質部４ａへの所定量の燃料供給
が困難となる。
【００２９】改質部４ａへの燃料供給が困難になると、
改質装置４においてリン酸型燃料電池本体７の発電に必
要な水素を作ることができなくなって、そのリン酸型燃
料電池本体７の発電を維持することが不可能となり、燃
料電池発電装置の運転が停止してしまう。これまでの燃
料電池発電装置では、改質装置４の改質部４ａの改質触
媒上へのカーボン析出により燃料電池発電装置が停止す
る前に、改質触媒の交換時期を知ることは困難であっ
た。
改質装置４においてリン酸型燃料電池本体７の発電に必
要な水素を作ることができなくなって、そのリン酸型燃
料電池本体７の発電を維持することが不可能となり、燃
料電池発電装置の運転が停止してしまう。これまでの燃
料電池発電装置では、改質装置４の改質部４ａの改質触
媒上へのカーボン析出により燃料電池発電装置が停止す
る前に、改質触媒の交換時期を知ることは困難であっ
た。
【００３０】本発明の目的は、改質装置における圧力損
失を監視できるようにして、改質装置の劣化を検出でき
るようにし、前記した問題を解決することである。
失を監視できるようにして、改質装置の劣化を検出でき
るようにし、前記した問題を解決することである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明は、燃料極と酸化剤極とが電解質を挟んで
配置されたセルを複数組積層してなる燃料電池本体と、
燃料と水蒸気を改質触媒上で反応させて水素リッチガス
を生成し前記燃料電池本体に反応ガスとして供給する改
質装置と、前記改質装置に燃料を供給する燃料供給手段
と、全体を制御する制御手段とを有する燃料電池発電装
置において、前記改質装置における圧力損失を検出する
差圧計を設けたことを特徴とする燃料電池発電装置とし
て構成した。
に第１の発明は、燃料極と酸化剤極とが電解質を挟んで
配置されたセルを複数組積層してなる燃料電池本体と、
燃料と水蒸気を改質触媒上で反応させて水素リッチガス
を生成し前記燃料電池本体に反応ガスとして供給する改
質装置と、前記改質装置に燃料を供給する燃料供給手段
と、全体を制御する制御手段とを有する燃料電池発電装
置において、前記改質装置における圧力損失を検出する
差圧計を設けたことを特徴とする燃料電池発電装置とし
て構成した。
【００３２】第２の発明は、燃料極と酸化剤極とが電解
質を挟んで配置されたセルを複数組積層してなる燃料電
池本体と、燃料と水蒸気を改質触媒上で反応させて水素
リッチガスを生成し前記燃料電池本体に反応ガスとして
供給する改質装置と、前記改質装置に燃料を供給する燃
料供給手段と、全体を制御する制御手段とを有する燃料
電池発電装置における前記改質装置の劣化検出方法であ
って、前記改質装置における圧力損失を検出し、該検出
結果と予め設定された設定値とを比較することにより、
前記改質装置の劣化判定を行なうことを特徴とする改質
装置の劣化検出方法として構成した。
質を挟んで配置されたセルを複数組積層してなる燃料電
池本体と、燃料と水蒸気を改質触媒上で反応させて水素
リッチガスを生成し前記燃料電池本体に反応ガスとして
供給する改質装置と、前記改質装置に燃料を供給する燃
料供給手段と、全体を制御する制御手段とを有する燃料
電池発電装置における前記改質装置の劣化検出方法であ
って、前記改質装置における圧力損失を検出し、該検出
結果と予め設定された設定値とを比較することにより、
前記改質装置の劣化判定を行なうことを特徴とする改質
装置の劣化検出方法として構成した。
【００３３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の燃料電池発電装置
の実施の形態を示す系統図である。図２で説明したもの
と同一のものには同一の符号を付してその詳しい説明は
省略する。本実施の形態では、図２に示したものとは、
差圧計２０を設け、改質装置４の改質部４ａの改質触媒
上へのカーボン析出による改質装置４の圧力損失の増大
を検出することにより、改質触媒の劣化を判定し、改質
装置４の圧力損失の増大により燃料供給が困難となって
燃料電池発電装置が停止する前に、改質触媒の交換時期
を知ることを可能とした点が異なる。
の実施の形態を示す系統図である。図２で説明したもの
と同一のものには同一の符号を付してその詳しい説明は
省略する。本実施の形態では、図２に示したものとは、
差圧計２０を設け、改質装置４の改質部４ａの改質触媒
上へのカーボン析出による改質装置４の圧力損失の増大
を検出することにより、改質触媒の劣化を判定し、改質
装置４の圧力損失の増大により燃料供給が困難となって
燃料電池発電装置が停止する前に、改質触媒の交換時期
を知ることを可能とした点が異なる。
【００３４】次に、作用を説明する。図１に示した燃料
電池発電装置では、改質装置４に設けられた差圧計２０
で改質装置４における圧力損失を測定し、その差圧計２
０で得られる検出信号Ｇが制御装置１６の比較制御部１
６ｂに送信される。
電池発電装置では、改質装置４に設けられた差圧計２０
で改質装置４における圧力損失を測定し、その差圧計２
０で得られる検出信号Ｇが制御装置１６の比較制御部１
６ｂに送信される。
【００３５】制御装置１６の比較制御部１６ｂでは、予
め設定記憶された改質装置４の圧力損失の絶対値又は圧
力損失の増加速度（設定値）と検出信号Ｇとを比較演算
し、差圧計２０で測定した圧力損失の絶対値または増加
速度が設定値を超えた場合には、改質装置４の改質部４
ａの改質触媒が劣化したと判定する。そして、このとき
その改質触媒の交換を行なう。
め設定記憶された改質装置４の圧力損失の絶対値又は圧
力損失の増加速度（設定値）と検出信号Ｇとを比較演算
し、差圧計２０で測定した圧力損失の絶対値または増加
速度が設定値を超えた場合には、改質装置４の改質部４
ａの改質触媒が劣化したと判定する。そして、このとき
その改質触媒の交換を行なう。
【００３６】Ｓ／Ｃ比が小さい、つまり改質用水蒸気供
給量が少ない等の理由により改質触媒上にカーボン析出
が起こった場合には、改質装置４の水素製造能力が低下
し水素生成量が減少する前に、図３に一例を示したよう
に、改質装置４の圧力損失の増大が起こる。改質装置４
の圧力損失が起こると、燃料ガスの改質装置４への供給
が困難となり、結果として燃料不足により水素生成量が
減少し、リン酸型燃料電池本体７での一定出力での発電
が困難となる。最悪の場合には、燃料電池発電装置の緊
急停止が起こる恐れもある。
給量が少ない等の理由により改質触媒上にカーボン析出
が起こった場合には、改質装置４の水素製造能力が低下
し水素生成量が減少する前に、図３に一例を示したよう
に、改質装置４の圧力損失の増大が起こる。改質装置４
の圧力損失が起こると、燃料ガスの改質装置４への供給
が困難となり、結果として燃料不足により水素生成量が
減少し、リン酸型燃料電池本体７での一定出力での発電
が困難となる。最悪の場合には、燃料電池発電装置の緊
急停止が起こる恐れもある。
【００３７】図３に示した特性では、１５００ｍｍＡｑ
まで改質装置４の圧力損失が増大しても一定出力での発
電が可能であるが、それ以上圧力損失が増大すると発電
が困難となる。燃料電池発電装置の発電を開始してから
約１０００時間強で、改質装置４の圧力損失が異常領域
に到達し、一定出力での発電が困難となる。この許容圧
力損失の値は、改質装置４の設計により異なる。
まで改質装置４の圧力損失が増大しても一定出力での発
電が可能であるが、それ以上圧力損失が増大すると発電
が困難となる。燃料電池発電装置の発電を開始してから
約１０００時間強で、改質装置４の圧力損失が異常領域
に到達し、一定出力での発電が困難となる。この許容圧
力損失の値は、改質装置４の設計により異なる。
【００３８】そこで、差圧計２０により改質装置４の圧
力損失の絶対値または増加速度を、当該改質装置４の設
計内容に応じて監視すれば、改質装置４の圧力損失増大
による燃料不足が原因で燃料電池発電装置の出力低下あ
るいは緊急停止が起こる前に、改質装置４のカーボン析
出による劣化を検出することが可能となり、改質触媒交
換時期を予め知ることができる。
力損失の絶対値または増加速度を、当該改質装置４の設
計内容に応じて監視すれば、改質装置４の圧力損失増大
による燃料不足が原因で燃料電池発電装置の出力低下あ
るいは緊急停止が起こる前に、改質装置４のカーボン析
出による劣化を検出することが可能となり、改質触媒交
換時期を予め知ることができる。
【００３９】
【発明の効果】以上から、第１の本発明によれば差圧計
により改質装置の圧力損失を監視することが可能であ
り、また第２の発明によれば改質装置の圧力損失の検出
結果と予め設定された設定値とを比較することにより改
質装置の劣化判定を行なうので、改質装置の改質触媒上
へのカーボン析出による改質装置劣化を圧力損失の増大
として速やかに検出することが可能となる。したがっ
て、改質触媒上に万がいちカーボン析出が起こっても、
改質装置の圧力損失の増大により燃料供給が困難となり
燃料電池発電装置が停止する前に、改質触媒の交換時期
を知り、改質触媒を交換できるという利点がある。
により改質装置の圧力損失を監視することが可能であ
り、また第２の発明によれば改質装置の圧力損失の検出
結果と予め設定された設定値とを比較することにより改
質装置の劣化判定を行なうので、改質装置の改質触媒上
へのカーボン析出による改質装置劣化を圧力損失の増大
として速やかに検出することが可能となる。したがっ
て、改質触媒上に万がいちカーボン析出が起こっても、
改質装置の圧力損失の増大により燃料供給が困難となり
燃料電池発電装置が停止する前に、改質触媒の交換時期
を知り、改質触媒を交換できるという利点がある。
【図１】 本発明の１つの実施の形態の燃料電池発電装
置の構成を示す系統図である。
置の構成を示す系統図である。
【図２】 従来の燃料電池発電装置の構成を示す系統図
である。
である。
【図３】 改質装置の改質触媒上にカーボン析出が起こ
った場合の改質装置の圧力損失の経時変化の一例を示す
特性図である。
った場合の改質装置の圧力損失の経時変化の一例を示す
特性図である。
１：気化器、２：脱硫装置、３：エジェクタ、４：改質
装置、５：シフトコンバータ、６：空気ブロア、７：リ
ン酸型燃料電池本体、８：変換装置、９：凝縮器、１
０：気水分離器、１１：ヒータ用電源、１２：蒸発器、
１３：排熱利用システム、１４：液化プロパンガスのポ
ンプ、１５：補給水のポンプ、１６：制御装置、１７：
リサイクル配管、１８：燃料極排ガス配管、１９：負
荷、２０：差圧計、Ｓ１、Ｓ２：液面センサ、Ｓ３、Ｓ
４：温度センサ、Ｓ５：圧力センサ、Ｓ６：電圧セン
サ、Ｓ７：電流センサ、Ｂ１〜Ｂ３：遮断弁、Ｃ１〜Ｃ
５：流量制御弁、Ｇ１′：液化プロパンガス、Ｇ１：プ
ロパンガス。
装置、５：シフトコンバータ、６：空気ブロア、７：リ
ン酸型燃料電池本体、８：変換装置、９：凝縮器、１
０：気水分離器、１１：ヒータ用電源、１２：蒸発器、
１３：排熱利用システム、１４：液化プロパンガスのポ
ンプ、１５：補給水のポンプ、１６：制御装置、１７：
リサイクル配管、１８：燃料極排ガス配管、１９：負
荷、２０：差圧計、Ｓ１、Ｓ２：液面センサ、Ｓ３、Ｓ
４：温度センサ、Ｓ５：圧力センサ、Ｓ６：電圧セン
サ、Ｓ７：電流センサ、Ｂ１〜Ｂ３：遮断弁、Ｃ１〜Ｃ
５：流量制御弁、Ｇ１′：液化プロパンガス、Ｇ１：プ
ロパンガス。
Claims (2)
- 【請求項１】燃料極と酸化剤極とが電解質を挟んで配置
されたセルを複数組積層してなる燃料電池本体と、燃料
と水蒸気を改質触媒上で反応させて水素リッチガスを生
成し前記燃料電池本体に反応ガスとして供給する改質装
置と、前記改質装置に燃料を供給する燃料供給手段と、
全体を制御する制御手段とを有する燃料電池発電装置に
おいて、 前記改質装置における圧力損失を検出する差圧計を設け
たことを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】燃料極と酸化剤極とが電解質を挟んで配置
されたセルを複数組積層してなる燃料電池本体と、燃料
と水蒸気を改質触媒上で反応させて水素リッチガスを生
成し前記燃料電池本体に反応ガスとして供給する改質装
置と、前記改質装置に燃料を供給する燃料供給手段と、
全体を制御する制御手段とを有する燃料電池発電装置に
おける前記改質装置の劣化検出方法であって、 前記改質装置における圧力損失を検出し、該検出結果と
予め設定された設定値とを比較することにより、前記改
質装置の劣化判定を行なうことを特徴とする改質装置の
劣化検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8019272A JPH09199153A (ja) | 1996-01-11 | 1996-01-11 | 燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8019272A JPH09199153A (ja) | 1996-01-11 | 1996-01-11 | 燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09199153A true JPH09199153A (ja) | 1997-07-31 |
Family
ID=11994822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8019272A Pending JPH09199153A (ja) | 1996-01-11 | 1996-01-11 | 燃料電池発電装置およびその改質装置の劣化検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09199153A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002093450A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-03-29 | Corona Corp | 燃料電池システムに用いる非水溶性液体燃料の気化方法 |
| JP2002093451A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-03-29 | Corona Corp | 燃料電池システムに用いる非水溶性液体燃料の気化方法 |
| WO2005018035A1 (ja) * | 2003-08-19 | 2005-02-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 燃料電池発電システムおよびその改質器の劣化度検出方法、燃料電池発電方法 |
| JP2007234304A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Casio Comput Co Ltd | 反応装置システム及び発電システム |
| JP2012150945A (ja) * | 2011-01-18 | 2012-08-09 | Toto Ltd | 燃料電池装置 |
| JP2013197037A (ja) * | 2012-03-22 | 2013-09-30 | Miura Co Ltd | 改質器システム、燃料電池システム、及びその運転方法 |
| WO2020204064A1 (ja) * | 2019-04-03 | 2020-10-08 | Ｊｘｔｇエネルギー株式会社 | 水素製造装置および水素製造方法 |
-
1996
- 1996-01-11 JP JP8019272A patent/JPH09199153A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002093450A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-03-29 | Corona Corp | 燃料電池システムに用いる非水溶性液体燃料の気化方法 |
| JP2002093451A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-03-29 | Corona Corp | 燃料電池システムに用いる非水溶性液体燃料の気化方法 |
| JP4649028B2 (ja) * | 2000-09-13 | 2011-03-09 | 株式会社コロナ | 燃料電池システムに用いる非水溶性液体燃料の気化方法 |
| WO2005018035A1 (ja) * | 2003-08-19 | 2005-02-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 燃料電池発電システムおよびその改質器の劣化度検出方法、燃料電池発電方法 |
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| JP2012150945A (ja) * | 2011-01-18 | 2012-08-09 | Toto Ltd | 燃料電池装置 |
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| WO2020204064A1 (ja) * | 2019-04-03 | 2020-10-08 | Ｊｘｔｇエネルギー株式会社 | 水素製造装置および水素製造方法 |
| CN113710612A (zh) * | 2019-04-03 | 2021-11-26 | 引能仕株式会社 | 氢制造装置和氢制造方法 |
| AU2020254025B2 (en) * | 2019-04-03 | 2023-10-05 | Eneos Corporation | Hydrogen producing device and hydrogen producing method |
| CN113710612B (zh) * | 2019-04-03 | 2024-04-02 | 引能仕株式会社 | 氢制造装置和氢制造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010313 |