JPH103936A - Solid polymer type fuel cell power generation system - Google Patents

Solid polymer type fuel cell power generation system

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JPH103936A
JPH103936A JP8151275A JP15127596A JPH103936A JP H103936 A JPH103936 A JP H103936A JP 8151275 A JP8151275 A JP 8151275A JP 15127596 A JP15127596 A JP 15127596A JP H103936 A JPH103936 A JP H103936A
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龍次 畑山
Katsuya Oda
勝也 小田
Takamasa Matsubayashi
孝昌 松林
Shigeru Sakamoto
滋 坂本
Yasuo Miyake
泰夫 三宅
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell power generation system for reforming material such as natural gas, naphtha, and methanol in a reformer, and generating power in a solid polymer type fuel cell using reformed gas in which system constitution is so simple that it can be operated without providing a humidifier. SOLUTION: Hydrogen-rich reformed gas is generated by steam-reformation of raw material in a reformer 2. Power is generated using reformed gas generated in the reformer 2 in a solid polymer type fuel cell 6. At the time of power generation, a first control part 8 regulates opening quantity of a first regulating valve 3 to supply excessive quantity of steam to the reformer 2, so reformed gas supplied to the fuel cell 6 includes steam of such quantity as to saturate at a cell operation temperature, thereby humidity of solid polymer film can be maintained without providing a humidifier.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池に関し、特
に、天然ガス,ナフサ等の原料を水蒸気改質する改質器
と、それを用いて発電する固体高分子型燃料電池を備え
た発電システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a power generation system including a reformer for steam reforming raw materials such as natural gas and naphtha, and a polymer electrolyte fuel cell for generating power using the reformer. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、固体高分子膜
にアノード及びカソードを配してなるセルを備え、アノ
−ドに水素ガス,カソ−ドに酸素ガスを供給して下記化
1式及び化2式に示される電気化学反応を起こすことに
よって発電を行うようになっている。
2. Description of the Related Art A polymer electrolyte fuel cell has a cell in which an anode and a cathode are arranged on a solid polymer membrane, and hydrogen gas is supplied to an anode and oxygen gas is supplied to a cathode. Power generation is performed by causing an electrochemical reaction represented by the following formulas and Formula 2.

【0003】[0003]

【化1】 Embedded image

【0004】[0004]

【化2】 この電気化学反応を行わせるためには、固体高分子膜の
イオン伝導性を確保する必要があるので、発電時には、
供給される水素ガスまたは酸素ガスを加湿して固体高分
子膜を保湿しながら運転している。ところで、一般的に
燃料電池の分野において、天然ガスやメタノール等の原
料を水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成する改
質器とこれを用いて発電する燃料電池とを組み合わせた
発電システムが開発されているが、この改質ガスの中に
は副生成物の一酸化炭素がいくらか含有されるので、燃
料電池の中でもアノード触媒が一酸化炭素に対して劣化
しやすい固体高分子型燃料電池の場合、改質器と組み合
わせて発電システムを構成することは従来あまりなされ
なかった。しかし、優れた一酸化炭素除去装置が開発さ
れるのに伴って、特開平3−203165号公報や特開
平7−196302号公報に開示されているように、メ
タノール改質器と固体高分子型燃料電池とを組み合わせ
且つアノード触媒が劣化しにくい発電システムが開発さ
れている。
Embedded image In order to perform this electrochemical reaction, it is necessary to ensure the ionic conductivity of the solid polymer membrane.
The operation is performed while humidifying the supplied hydrogen gas or oxygen gas to keep the solid polymer membrane moist. By the way, in the field of fuel cells, power generation is generally performed by combining a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas by steam reforming a raw material such as natural gas or methanol, and a fuel cell that uses the reformer to generate power. Although a system has been developed, this reformed gas contains some by-product carbon monoxide, so the solid catalyst type in which the anode catalyst is easily degraded by carbon monoxide in fuel cells In the case of a fuel cell, a power generation system is not so often formed in combination with a reformer. However, with the development of an excellent carbon monoxide removal apparatus, as disclosed in JP-A-3-203165 and JP-A-7-196302, a methanol reformer and a solid polymer type are disclosed. There has been developed a power generation system which is combined with a fuel cell and in which the anode catalyst is hardly deteriorated.

【0005】図6は、特開平7−196302号公報に
記載されている燃料電池発電システムの処理フローであ
る。このシステムでは、燃焼部101,気化部102で
メタノールと水の混合物を気化させ、改質部103で水
素リッチな改質ガスに改質し、変成部104で変成反応
することによりCO濃度を1000ppm程度に低減
し、更にCO選択酸化触媒を備えた酸化除去部105で
改質ガス中のCO濃度を100ppm未満に低減し、こ
れを加湿器106で加湿して燃料電池セルスタック10
7に供給して発電を行うようになっている。
FIG. 6 is a processing flow of the fuel cell power generation system described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-196302. In this system, a mixture of methanol and water is vaporized in a combustion unit 101 and a vaporization unit 102, reformed into a hydrogen-rich reformed gas in a reforming unit 103, and subjected to a shift reaction in a shift unit 104 to reduce the CO concentration to 1000 ppm. The CO concentration in the reformed gas is reduced to less than 100 ppm in an oxidation removing section 105 provided with a CO selective oxidation catalyst, and the CO concentration in the reformed gas is reduced to less than 100 ppm.
7 for power generation.

【0006】また、この発電システムは、メタノール以
外の天然ガス等を燃料とする固体高分子型燃料電池シス
テムにも適用することが可能であって、気体燃料を原料
として用いる場合には、気化部102は設ける必要な
く、気体燃料を水蒸気と共に改質部103に供給すれば
よいと考えられる。
This power generation system can be applied to a polymer electrolyte fuel cell system using natural gas or the like other than methanol as a fuel. When a gaseous fuel is used as a raw material, the vaporization unit is used. It is considered that it is not necessary to provide 102, and it is sufficient to supply the gaseous fuel to the reforming unit 103 together with the steam.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな発電システムは、気化器または水蒸気を供給する手
段の他に改質ガスを加湿する手段を設けることが必要で
あって、その点でシステム構成が複雑になるという問題
がある。即ち、図6の燃料電池発電システムにおいて
は、メタノールと水の混合物を気化するための気化部1
02と、燃料電池セルスタック107に流れる改質ガス
を加湿するための加湿器106とが設けられている点で
複雑であり、気体燃料を原料として用いる場合には、水
蒸気供給源と加湿部とを設けることになる点で、同様に
複雑になるという課題が生じる。
However, in such a power generation system, it is necessary to provide a means for humidifying the reformed gas in addition to the means for supplying the vaporizer or the steam, and in this respect, the system configuration is required. Is complicated. That is, in the fuel cell power generation system of FIG. 6, the vaporizing section 1 for vaporizing a mixture of methanol and water is used.
02, and a humidifier 106 for humidifying the reformed gas flowing through the fuel cell stack 107 is complicated. When a gaseous fuel is used as a raw material, a steam supply source and a humidifying unit are required. However, there is a problem that the configuration is similarly complicated.

【0008】また改質ガスを加湿するために用いられる
加湿器は、一般的にスペースをとるのでそれだけシステ
ム全体が大型化しやすい。本発明はこのような課題に鑑
み、天然ガス,ナフサ,メタノール等の原料を改質器で
改質し、その改質ガスを用いて固体高分子型の燃料電池
で発電する燃料電池発電システムにおいて、加湿器を設
けなくても運転することができるシステム構成の簡素な
ものを提供することを主な目的とする。
Further, a humidifier used for humidifying the reformed gas generally takes up space, so that the whole system is likely to be increased in size accordingly. In view of such problems, the present invention provides a fuel cell power generation system in which a raw material such as natural gas, naphtha, methanol, or the like is reformed by a reformer, and the reformed gas is used to generate power in a polymer electrolyte fuel cell. Another object of the present invention is to provide a simple system configuration that can be operated without providing a humidifier.

【0009】また、燃料電池は、起動時に所定の運転温
度(固体高分子型燃料電池では通常70〜130℃程
度)まで昇温させる必要があるため、このようなシステ
ムにおいても起動時に燃料電池を昇温する手段を設ける
必要がある。従来より昇温手段として昇温ヒ−タや昇温
用プレ−ト等が多く用いられているが、本発明は、昇温
ヒ−タや昇温用プレ−ト等を設けなくても、起動時に燃
料電池を昇温することのできる固体高分子型燃料電池発
電システムを提供することも目的とする。
Further, since the fuel cell needs to be heated to a predetermined operating temperature at startup (normally about 70 to 130 ° C. for a polymer electrolyte fuel cell), even in such a system, the fuel cell is started at startup. It is necessary to provide a means for raising the temperature. Conventionally, a heating heater, a heating plate, or the like is often used as a heating means. However, the present invention does not require the provision of a heating heater, a heating plate, or the like. It is another object of the present invention to provide a polymer electrolyte fuel cell power generation system capable of raising the temperature of a fuel cell at the time of startup.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の主な目
的を達成するため、固体高分子型燃料電池発電システム
を、原料を水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成
する改質器と、改質器で生成された改質ガスを用いて発
電する固体高分子型の燃料電池と、発電時において水蒸
気が改質器を経由して改質ガスと共に燃料電池に流れ込
んで固体高分子膜を保湿するよう改質器に対して過剰量
の水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを備える構成とし
た。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above-mentioned main object, the present invention provides a polymer electrolyte fuel cell power generation system by reforming a raw material by steam to produce a hydrogen-rich reformed gas. And a solid polymer fuel cell that generates electricity using the reformed gas generated by the reformer, and when the steam flows into the fuel cell together with the reformed gas through the reformer during power generation, the solid A steam supply means for supplying an excessive amount of steam to the reformer to keep the polymer membrane moist is provided.

【0011】本発明で、改質器に対してこのように過剰
量の水蒸気を供給する理由は次の通りである。従来、天
然ガス等の原料を水蒸気改質する場合、供給される原料
中の炭化水素を効率よく(即ち少ないエネルギー消費
で)改質するのに適した量だけ水蒸気を供給するのが通
常であって、水蒸気をそれより過剰に供給することはな
されなかった。即ち、水蒸気改質に供給される原料中の
炭化水素に対する水蒸気のモル比(以下この比をS/C
比と記載する)は、通常2.5程度で供給されていた。
The reason for supplying an excessive amount of steam to the reformer in the present invention is as follows. Conventionally, in the case of steam reforming of a raw material such as natural gas, it is usual to supply steam in an amount suitable for efficiently (ie, with low energy consumption) reforming hydrocarbons in a supplied raw material. No steam was supplied in excess. That is, the molar ratio of steam to hydrocarbons in the raw material supplied to steam reforming (hereinafter, this ratio is referred to as S / C
Ratio) is usually supplied at about 2.5.

【0012】これは、水蒸気を過剰に供給すると(即ち
S/C比を2.5より大きくすると)、改質器の容量を
それだけ大きく設定することが必要となり、それに伴っ
て改質器を加熱する燃料も多く必要になり、効率が悪く
なるためである。これに対して本発明者等は、改質器に
水蒸気を過剰に送り込むことにより、改質器にとっては
大型化と効率の低下が生じるものの、余剰の水蒸気を燃
料電池に送り込んで固体高分子膜を保湿することができ
るので、別個に加湿器を設ける必要がなく、その結果、
システム全体としては効率の低下とはならず、且つシス
テム全体の構成を簡素に小型化できることを見いだし
た。
This is because, when steam is supplied in an excessive amount (ie, when the S / C ratio is larger than 2.5), it is necessary to set the capacity of the reformer so large that the reformer is heated accordingly. This is because a large amount of fuel is required, and the efficiency is reduced. On the other hand, the inventors of the present invention have reported that, although excessive steam is supplied to the reformer, the reformer is increased in size and efficiency is reduced. Can be moisturized, eliminating the need for a separate humidifier,
It has been found that the efficiency of the entire system does not decrease and that the configuration of the entire system can be simply reduced in size.

【0013】更に、過剰量の水蒸気を供給することによ
ってS/C比が従来より大きくなるので、改質器内にお
けるカーボンの析出が抑制されるという効果も奏する。
また、この固体高分子型燃料電池発電システムにおい
て、改質器で生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素
を選択酸化することによって一酸化炭素を除去する一酸
化炭素除去器を備えた構成にすることもでき、これによ
ってアノード触媒の劣化を抑制することができる。
Further, since the S / C ratio is increased by supplying an excessive amount of steam, the precipitation of carbon in the reformer is suppressed.
Further, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system, a configuration including a carbon monoxide remover that removes carbon monoxide by selectively oxidizing carbon monoxide contained in the reformed gas generated by the reformer is provided. Thus, deterioration of the anode catalyst can be suppressed.

【0014】また、水蒸気供給手段が燃料電池に改質ガ
スと共に送り込まれる水蒸気が燃料電池の発電温度にお
いて結露しない割合で水蒸気を供給するようにすれば、
固体高分子膜の水素イオン伝導性が確保され且つ燃料電
池内で水蒸気が結露しないため長時間運転しても電圧は
低下しにくい。また、水蒸気供給手段は、S/C比が
3.0〜6となるよう水蒸気量をコントロールすること
が好ましい。これは、S/C比が3.0以上ではカーボ
ンの析出防止効果が良好であり、S/C比が6を越える
ことはシステムの効率面から好ましくないからである。
[0014] Further, if the steam supply means supplies steam at a rate such that the steam fed to the fuel cell together with the reformed gas does not dew at the power generation temperature of the fuel cell,
The hydrogen ion conductivity of the solid polymer membrane is ensured, and the water vapor does not condense in the fuel cell, so that the voltage does not easily decrease even after a long operation. Further, it is preferable that the water vapor supply means controls the amount of water vapor so that the S / C ratio becomes 3.0 to 6. This is because when the S / C ratio is 3.0 or more, the effect of preventing carbon precipitation is good, and when the S / C ratio exceeds 6, it is not preferable from the viewpoint of system efficiency.

【0015】更に、この固体高分子型燃料電池発電シス
テムにおいて、水蒸気供給手段が、起動時においても、
改質器を経由して燃料電池に水蒸気を送り込み、その水
蒸気で燃料電池を加熱するようにすることもできる。こ
の場合、昇温プレ−トなどの昇温装置を設けなくても、
起動時における燃料電池の昇温が行われる。また、水蒸
気供給手段は、燃料電池に流れる水蒸気量を検出する水
蒸気検出センサと、燃料電池の温度を検出する温度検出
センサと、改質器に水蒸気を供給する配管に設けられた
バルブと、発電時において水蒸気検出センサと温度検出
センサの検出結果に基づいてバルブを制御する制御部と
を備えた構成とすることによって容易に実現できる。
Further, in this polymer electrolyte fuel cell power generation system, the water vapor supply means is provided even at the time of startup.
Steam may be sent to the fuel cell via the reformer, and the fuel cell may be heated by the steam. In this case, even if a heating device such as a heating plate is not provided,
The temperature of the fuel cell at the time of startup is increased. The steam supply means includes a steam detection sensor for detecting an amount of steam flowing through the fuel cell, a temperature detection sensor for detecting the temperature of the fuel cell, a valve provided on a pipe for supplying steam to the reformer, This can be easily realized by adopting a configuration including a control unit that controls the valve based on the detection result of the water vapor detection sensor and the temperature detection sensor.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の固体高分子型燃料
電池発電システムについて、図面を参照しながら具体的
に説明する。 (システム構成についての説明)図1は、本発明の一実
施の形態に係る固体高分子型燃料電池発電システムの概
略構成図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a solid polymer fuel cell power generation system according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings. (Description of System Configuration) FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell power generation system according to one embodiment of the present invention.

【0017】図に示されるように、本システムは、バー
ナ1の燃焼熱を用いて原料としての天然ガスを水蒸気改
質する改質器2、改質器2で生成された改質ガス中の一
酸化炭素ガスを除去するCO除去器4、改質ガスを冷却
する水冷式の冷却器5、固体高分子型の燃料電池6、原
料を水蒸気と混合して改質器2に供給するエゼクタ13
等が、配管(AからG)によって連結されて構成されて
おり、更に、システムの運転制御を行うための制御装置
7が設けられている。
As shown in the figure, the present system comprises a reformer 2 for steam reforming natural gas as a raw material using the heat of combustion of a burner 1, and a reformer 2 in the reformed gas generated by the reformer 2. CO remover 4 for removing carbon monoxide gas, water-cooled cooler 5 for cooling reformed gas, polymer electrolyte fuel cell 6, ejector 13 for mixing raw material with steam and supplying it to reformer 2
And the like are connected by pipes (A to G), and a control device 7 for controlling the operation of the system is provided.

【0018】配管Aは、ボイラー17から供給される水
蒸気をエゼクタ13に送り込むものであって、その途中
に水蒸気量を調節するための第一調整バルブ3が介挿さ
れている。また、配管Fは、コンプレッサ18から供給
される天然ガスをエゼクタ13に送り込むものであっ
て、その途中に天然ガス量を調整する第二調整バルブ1
4が介挿されている。
The pipe A feeds steam supplied from the boiler 17 to the ejector 13, and a first adjusting valve 3 for adjusting the amount of steam is inserted in the middle of the pipe A. The pipe F is for sending the natural gas supplied from the compressor 18 to the ejector 13, and the second regulating valve 1 for adjusting the amount of the natural gas in the middle thereof.
4 is inserted.

【0019】エゼクタ13は、配管Fから送り込まれる
天然ガスと、配管Aから送り込まれる水蒸気とを混合し
て、配管Bを経由して改質器2に供給する。バーナ1
は、バーナ用の燃料源(不図示)からの燃料や燃料電池
6からの未反応ガスを燃焼させて改質器2を加熱する。
改質器2には、図示はしないが改質反応用の触媒層及び
CO変成用の触媒層が内設されている。バーナ1によっ
て、改質反応用の触媒層は700℃前後、CO変成用の
触媒層は200℃程度にそれぞれ加熱されるようになっ
ており、配管Bから送り込まれる天然ガスと水蒸気との
混合ガスは、これらの触媒層を通過することによって水
素リッチな改質ガスに改質される。
The ejector 13 mixes the natural gas sent from the pipe F with the steam sent from the pipe A, and supplies the mixed gas to the reformer 2 via the pipe B. Burner 1
Heats the reformer 2 by burning fuel from a burner fuel source (not shown) and unreacted gas from the fuel cell 6.
Although not shown, the reformer 2 is internally provided with a catalyst layer for a reforming reaction and a catalyst layer for CO conversion. The burner 1 heats the catalyst layer for the reforming reaction to about 700 ° C. and the catalyst layer for the CO conversion to about 200 ° C. The mixed gas of the natural gas and steam sent from the pipe B is heated. Is reformed into a hydrogen-rich reformed gas by passing through these catalyst layers.

【0020】天然ガスの主成分であるメタンについて見
ると、改質反応用の触媒層では下記化3式で示されるよ
うな改質反応、CO変成用の触媒層では下記化4式で示
されるようなシフト反応が主として行われる。
Looking at methane, which is the main component of natural gas, the reforming reaction catalyst layer is represented by the following chemical formula (3) and the CO conversion catalyst layer is represented by the following chemical formula (4). Such a shift reaction is mainly performed.

【0021】[0021]

【化3】 Embedded image

【0022】[0022]

【化4】 化3式は吸熱反応、化4式の反応は発熱反応であって、
CO変成用の触媒層が比較的低温(200℃程度)に保
たれるのは、化4式の平衡を右にずらすことによってで
きるだけ一酸化炭素濃度を低下させるためである。ま
た、発電時において後述するように改質器2に対して天
然ガスの改質に必要な水蒸気量よりも過剰の水蒸気が供
給されるが、水蒸気量が多いほど化4式の平衡は右側に
ずれるので一酸化炭素濃度の低下に有利である。
Embedded image Chemical formula 3 is an endothermic reaction, chemical formula 4 is an exothermic reaction,
The reason why the catalyst layer for CO conversion is kept at a relatively low temperature (about 200 ° C.) is to lower the carbon monoxide concentration as much as possible by shifting the equilibrium of Formula 4 to the right. Further, at the time of power generation, as will be described later, excess steam is supplied to the reformer 2 in excess of the amount of steam required for the reforming of natural gas. This is advantageous in lowering the concentration of carbon monoxide because it is shifted.

【0023】改質器2からの改質ガスには余剰の水蒸気
が混合されている。この改質ガス及び水蒸気が混合した
混合ガスは、配管C,CO除去器4,配管D,冷却器
5,配管Eを順に経由して燃料電池6に送り込まれる。
CO除去器4の中には、酸素存在下で一酸化炭素ガスを
選択的に酸化する選択酸化触媒層(不図示)が設けられ
ており、改質器2からの改質ガスは、CO除去器4にお
いて若干の空気と混合されて該選択酸化触媒層を通過す
ることによって、改質ガス中の一酸化炭素は下記化5式
で示されるように酸化され、一酸化炭素ガス濃度が10
0ppm程度以下に低減される。
Excess steam is mixed in the reformed gas from the reformer 2. The mixed gas in which the reformed gas and the steam are mixed is sent to the fuel cell 6 via the pipe C, the CO remover 4, the pipe D, the cooler 5, and the pipe E in this order.
The CO remover 4 is provided with a selective oxidation catalyst layer (not shown) for selectively oxidizing carbon monoxide gas in the presence of oxygen. By being mixed with some air in the reactor 4 and passing through the selective oxidation catalyst layer, the carbon monoxide in the reformed gas is oxidized as shown by the following formula (5), and the carbon monoxide gas concentration becomes 10%.
It is reduced to about 0 ppm or less.

【0024】なお、CO除去器4は200℃付近で運転
される。また、CO除去器4の一酸化炭素除去機能は、
改質ガスと共に通過する余剰の水蒸気によってほとんど
影響を受けない。
The CO remover 4 is operated at around 200.degree. In addition, the carbon monoxide removing function of the CO remover 4 is as follows.
Almost unaffected by excess steam passing with the reformed gas.

【0025】[0025]

【化5】 燃料電池6は積層型であって、図示はしないが、固体高
分子膜(例えばパ−フルオロカ−ボンスルホン酸の膜)
にカソ−ド,アノ−ドが配されたセルと、表面にリブ及
びガスチャンネルが形成されたセパレ−タ板とが、交互
に積層されて構成されており、発電温度を制御するため
の冷却用プレートが介挿されている。
Embedded image The fuel cell 6 is of a stacked type and is not shown, but is a solid polymer membrane (for example, a membrane of perfluorocarbonsulfonic acid).
A cell in which a cathode and an anode are arranged and a separator plate having ribs and gas channels formed on the surface thereof are alternately stacked, and a cooling system for controlling a power generation temperature is provided. Plate is inserted.

【0026】アノード及びカソードには、触媒(白金)
が担持されたカーボンが用いられている。冷却器5は、
CO除去器4からの200℃程度の混合ガスを燃料電池
6の運転温度(80℃程度)に適した温度(100℃程
度)に低下させる。このように燃料電池6に供給するガ
スの温度を調整することにより、燃料電池6内の温度分
布を均一化することができる。
A catalyst (platinum) is used for the anode and the cathode.
Is used. The cooler 5 is
The mixed gas of about 200 ° C. from the CO remover 4 is reduced to a temperature (about 100 ° C.) suitable for the operating temperature of the fuel cell 6 (about 80 ° C.). By adjusting the temperature of the gas supplied to the fuel cell 6 in this manner, the temperature distribution in the fuel cell 6 can be made uniform.

【0027】配管Eから燃料電池6には上記の混合ガス
が送り込まれる。この混合ガスは燃料電池6内でアノー
ドに供給されるが、混合ガス中の水素は発電のための反
応(上記化1式)に用いられ、混合ガス中の水蒸気は、
固体高分子膜を保湿する役割を果たす。また、上記のよ
うに混合ガス中の一酸化炭素ガス濃度は低減されている
ので、アノ−ド触媒の劣化も起こりにくい。
The above mixed gas is sent from the pipe E to the fuel cell 6. This mixed gas is supplied to the anode in the fuel cell 6, and the hydrogen in the mixed gas is used for a reaction for power generation (formula 1), and the water vapor in the mixed gas is
It plays the role of moisturizing the solid polymer membrane. Further, since the concentration of carbon monoxide gas in the mixed gas is reduced as described above, deterioration of the anode catalyst hardly occurs.

【0028】燃料電池6で発電された電力は、DC/A
Cインバ−タ16によって交流に変換されて外部に出力
される。燃料電池6で発電に使用された残りの未反応ガ
スは、配管Gを通ってバーナ1に送られて燃焼に用いら
れる。制御装置7は、発電時における制御を司る第一制
御部8及び起動時における制御を司る第二制御部9を備
えている。
The electric power generated by the fuel cell 6 is DC / A
It is converted into AC by the C inverter 16 and output to the outside. The remaining unreacted gas used for power generation in the fuel cell 6 is sent to the burner 1 through the pipe G and used for combustion. The control device 7 includes a first control unit 8 that controls the power generation and a second control unit 9 that controls the startup time.

【0029】第一制御部8は、発電時において、水蒸気
検出センサ10から入力される燃料電池6内の水蒸気量
信号,第一温度検出センサ11から入力される燃料電池
6の温度信号,電流計15から入力される燃料電池6の
負荷電流信号に基づいて第一調整バルブ3の開閉を制御
する。なお、第一制御部8には、可能性のある燃料電池
6の運転温度において予め測定した改質ガスに対する飽
和水蒸気量のテーブルが記憶されている。例えば、この
テーブルには、燃料電池の運転温度(80℃)における
飽和水蒸気量(約50vol%)が記憶されている。そ
して、このテーブルを参照して、第一温度検出センサ1
1から入力される燃料電池6の温度に対応する飽和水蒸
気量を算出することができるようになっている。
During power generation, the first controller 8 controls the amount of water vapor in the fuel cell 6 input from the water vapor detection sensor 10, the temperature signal of the fuel cell 6 input from the first temperature detection sensor 11, and the ammeter. The opening / closing of the first regulating valve 3 is controlled based on the load current signal of the fuel cell 6 input from 15. The first control unit 8 stores a table of the amount of saturated steam with respect to the reformed gas measured in advance at a possible operating temperature of the fuel cell 6. For example, this table stores the amount of saturated steam (about 50 vol%) at the operating temperature (80 ° C.) of the fuel cell. Then, referring to this table, the first temperature detection sensor 1
It is possible to calculate a saturated water vapor amount corresponding to the temperature of the fuel cell 6 inputted from the step S1.

【0030】水蒸気検出センサ10の具体例としては、
露点計に用いられている湿度測定用センサを挙げること
ができる。第二制御部9は、起動時において、第二温度
検出センサ12から入力される改質器2内の温度信号に
基づいて、第一調整バルブ3及び第二調整バルブ14の
開閉を制御する。
A specific example of the water vapor detection sensor 10 is as follows.
A humidity measuring sensor used in a dew point meter can be mentioned. The second controller 9 controls opening and closing of the first adjustment valve 3 and the second adjustment valve 14 based on a temperature signal in the reformer 2 input from the second temperature detection sensor 12 at the time of startup.

【0031】(システムの制御動作についての説明) (A)システム起動時 図2は、第二制御部9によって実行される起動時の制御
フロチャ−トである。このフロチャ−トに従って、起動
時のシステムの動作を説明する。システム起動時には、
先ずバーナ1を点火する(step01)。そして第二
温度検出センサ12によって改質器2内の温度T2を検
出する(step02)。この温度T2が所定温度(2
00℃)に達する(step03でYes)と、第一調
整バルブ3を開いて(step04)、エゼクタ13に
水蒸気を供給する。この水蒸気は、エゼクタ13を通過
して改質器2をコンディショニングすると共に、バーナ
1の熱で更に高温に昇温された後、配管C,CO除去器
4,配管D,冷却器5,配管Eを経由して燃料電池6に
流れ込む。燃料電池6は、この水蒸気によって加熱され
て昇温する。従って、ボイラー17から供給される水蒸
気の熱とバーナ1の熱が燃料電池6の昇温に利用される
ことになる。
(Description of System Control Operation) (A) At System Start-Up FIG. 2 is a control flowchart at the time of start-up executed by the second control unit 9. The operation of the system at the time of startup will be described according to this flowchart. At system startup,
First, the burner 1 is ignited (step 01). Then, the temperature T2 in the reformer 2 is detected by the second temperature detection sensor 12 (step 02). This temperature T2 is a predetermined temperature (2
(00 ° C.) (Yes in step 03), the first regulating valve 3 is opened (step 04), and steam is supplied to the ejector 13. The steam passes through the ejector 13 to condition the reformer 2 and is further heated to a high temperature by the heat of the burner 1, and then the pipe C, the CO remover 4, the pipe D, the cooler 5, and the pipe E Through the fuel cell 6. The fuel cell 6 is heated by the steam to increase the temperature. Therefore, the heat of the steam supplied from the boiler 17 and the heat of the burner 1 are used for raising the temperature of the fuel cell 6.

【0032】ここで、供給される水蒸気量については、
特に制限はないが、改質器2のコンディショニングが終
了する頃までに、燃料電池6が発電可能な温度に昇温さ
れるよう設定することが望ましく、また、できるだけ発
電時に供給する水蒸気供給量と同程度とするのが好まし
い。続いて、第二温度検出センサ12で改質器2内の温
度T2を検出する(step05)と共に、第一温度検
出センサ11によって燃料電池6の温度T1を検出する
(step06)。改質器2の温度T2が、予め設定さ
れている温度(500℃)に達し、且つ燃料電池6内の
温度T1が予め設定されている温度(80℃)に達すれ
ば(step07でYes)、第二調整バルブ14を開
く(step08)ことによって、改質器2への天然ガ
スの供給を開始する。また燃料電池6への空気供給も開
始する。これによって、燃料電池6は、発電を開始す
る。
Here, regarding the amount of steam supplied,
Although there is no particular limitation, it is desirable to set the fuel cell 6 to be heated to a temperature at which power can be generated by the time the conditioning of the reformer 2 is completed. It is preferable that they are the same. Subsequently, the temperature T2 in the reformer 2 is detected by the second temperature detection sensor 12 (step 05), and the temperature T1 of the fuel cell 6 is detected by the first temperature detection sensor 11 (step 06). If the temperature T2 of the reformer 2 reaches a preset temperature (500 ° C.) and the temperature T1 in the fuel cell 6 reaches a preset temperature (80 ° C.) (Yes in step 07), By opening the second regulating valve 14 (step 08), the supply of the natural gas to the reformer 2 is started. The supply of air to the fuel cell 6 is also started. Thereby, the fuel cell 6 starts power generation.

【0033】尚、本実施の形態では、起動時には冷却器
5を稼動させないが、場合によっては冷却器5を稼動さ
せて燃料電池6に送る水蒸気の温度を下げてゆっくり昇
温させることもできる。また、本実施の形態では、st
ep01〜04のように改質器2が所定温度に達してか
ら水蒸気を送り込むようにしたが、改質器2の温度に関
係なく水蒸気を供給して燃料電池6を昇温させることも
できる。
In the present embodiment, the cooler 5 is not operated at the time of start-up. However, in some cases, the cooler 5 may be operated to lower the temperature of the steam to be sent to the fuel cell 6 and slowly raise the temperature. In the present embodiment, st
Although the steam is fed after the reformer 2 reaches a predetermined temperature as in ep01 to ep04, the temperature of the fuel cell 6 can be raised by supplying steam regardless of the temperature of the reformer 2.

【0034】以上のように、本システムでは、改質器2
に供給される水蒸気の熱を利用して燃料電池6が昇温さ
れるので、昇温ヒ−タやプレ−トを設ける必要がなく、
その分、システム構成を簡単にすることができる。 (B)システム発電時 図3は、第一制御部8によって実行される発電時の制御
フロチャ−トである。このフロチャ−トに従って、発電
時のシステムの動作を説明する。
As described above, in the present system, the reformer 2
Since the temperature of the fuel cell 6 is raised by utilizing the heat of the steam supplied to the fuel cell, there is no need to provide a heating heater or a plate.
To that extent, the system configuration can be simplified. (B) At the time of system power generation FIG. 3 is a control flowchart at the time of power generation performed by the first control unit 8. The operation of the system at the time of power generation will be described according to this flowchart.

【0035】第一制御部8は、電流計15から入力され
る燃料電池6の負荷電流に基づいて、天然ガスの流量設
定を行う(step09,10)。この流量設定は、燃
料電池6における改質ガスの消費率がほぼ一定の値(約
80%)となるよう設定する。そして、設定された流量
に合わせて第二調整バルブ14の開口量を調整する(s
tep11)。
The first controller 8 sets the flow rate of natural gas based on the load current of the fuel cell 6 input from the ammeter 15 (steps 09 and 10). The flow rate is set such that the consumption rate of the reformed gas in the fuel cell 6 becomes a substantially constant value (about 80%). Then, the opening amount of the second adjustment valve 14 is adjusted according to the set flow rate (s
step11).

【0036】水蒸気検出センサ10により燃料電池6内
の水蒸気量(vol%)を検出し(step12)、第
一温度検出センサ11で燃料電池6内の温度T1を検出
する(step13)。以下、改質ガス中の飽和水蒸気
量をPVといい、温度T1に対応する改質ガス中の飽和
水蒸気量をSVということとする。
The amount of water vapor (vol%) in the fuel cell 6 is detected by the water vapor detection sensor 10 (step 12), and the temperature T1 in the fuel cell 6 is detected by the first temperature detection sensor 11 (step 13). Hereinafter, the amount of saturated steam in the reformed gas is referred to as PV, and the amount of saturated steam in the reformed gas corresponding to the temperature T1 is referred to as SV.

【0037】第一制御部8は上述したテーブルを参照す
ることによって、SVを算出し、0.95SV≧PVの
関係を満たすか否かを判断する(step14)。0.
95SV≧PVの関係を満たせば(step14でYe
s)、第一調整バルブ3の開口量を増加する(step
15)。0.95SV≧PVの関係を満たさなければ
(step14でNo)、SV≦PVであるか否かを判
断し(step16)、ここでYesであれば第一調整
バルブ3を絞り(step17)、Noであれば第一調
整バルブ3の開口量をそのままにする(step1
8)。
The first controller 8 calculates the SV by referring to the above-described table, and determines whether or not the relationship of 0.95 SV ≧ PV is satisfied (step 14). 0.
If 95SV ≧ PV is satisfied (Ye in step 14)
s), the opening amount of the first adjusting valve 3 is increased (step
15). If the relationship of 0.95 SV ≧ PV is not satisfied (No in step 14), it is determined whether or not SV ≦ PV (step 16). If Yes, the first regulating valve 3 is throttled (step 17), and If so, the opening amount of the first adjustment valve 3 is left as it is (step 1).
8).

【0038】このように第一調整バルブ3の開口量を調
整することによって、燃料電池6に供給される改質ガス
には、電池の運転温度において飽和する量の水蒸気が含
まれるよう調整されることになる。従って、固体高分子
膜のイオン伝導性を確保するのに十分保湿することがで
きると共に、固体高分子膜上に水蒸気が結露して水滴が
生成することがないので、長時間運転しても電圧の低下
が生じにくい。
By adjusting the opening amount of the first adjustment valve 3 in this manner, the reformed gas supplied to the fuel cell 6 is adjusted so as to contain an amount of water vapor saturated at the operating temperature of the cell. Will be. Accordingly, moisture can be sufficiently retained to secure the ionic conductivity of the solid polymer membrane, and water vapor does not condense on the solid polymer membrane to form water droplets. Is unlikely to occur.

【0039】[0039]

【実施例】【Example】

(実施例)上記実施形態の固体高分子型燃料電池発電シ
ステムを用いて燃料電池6の温度を様々な値に設定して
運転しながら、電池電圧及びS/C比の測定を行った。
図4は、その結果を示すものであって、燃料電池の温度
T1と電池電圧との関係(細線のグラフ)及び温度T1と
S/C比との関係(太線のグラフ)を示す特性図であ
る。
Example The cell voltage and the S / C ratio were measured while operating the fuel cell 6 at various values using the polymer electrolyte fuel cell power generation system of the above embodiment.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the results, showing the relationship between the temperature T1 of the fuel cell and the cell voltage (the thin line graph) and the relationship between the temperature T1 and the S / C ratio (the thick line graph). is there.

【0040】細線のグラフからわかるように、電池温度
が70〜80℃の温度範囲においては、高い電池電圧が
得られており、電池温度の変動に対する電池電圧の変動
もわずかである。これより、電池の設定温度としては7
0〜80℃が好ましいことがわかる。このように70℃
〜80℃の範囲で電池温度が高くなるのは、燃料電池に
おいては一般的に電池温度が高いほど発電電圧が高くな
るが、飽和水蒸気量の増加に伴ってより多くの水蒸気が
供給され水素ガスの濃度が低下することになるので、8
0℃を越えるとその影響が現れるためと考えられる。
As can be seen from the thin line graph, in the battery temperature range of 70 to 80 ° C., a high battery voltage is obtained, and the variation of the battery voltage with respect to the variation of the battery temperature is slight. Thus, the set temperature of the battery is 7
It turns out that 0-80 degreeC is preferable. 70 ° C
The reason why the cell temperature is increased in the range of up to 80 ° C. is that, in a fuel cell, generally, the higher the cell temperature, the higher the power generation voltage. However, as the amount of saturated steam increases, more steam is supplied and hydrogen gas is supplied. Since the concentration of
It is considered that when the temperature exceeds 0 ° C., the effect appears.

【0041】また、太線グラフは直線状であって、下記
数1式で表すことができる。
The bold line graph is a straight line and can be expressed by the following equation (1).

【0042】[0042]

【数1】 この太線グラフ並びに数1式は、実施の形態のシステム
において、燃料電池の発電温度において改質ガスを飽和
させるようなS/C比を表している。電池温度が高いほ
どS/C比が大きいのは、温度が高いほど飽和水蒸気量
が大きくなるためである。
(Equation 1) The bold line graph and Expression 1 represent the S / C ratio that saturates the reformed gas at the power generation temperature of the fuel cell in the system of the embodiment. The higher the battery temperature, the higher the S / C ratio is because the higher the temperature, the larger the saturated steam amount.

【0043】太線グラフ並びに数1式から、電池温度が
70〜80℃の範囲においてはS/C比の値が3.0〜
6の範囲に入ることがわかる。これより、上記実施の形
態1のシステムにおいて、電池の運転温度を70〜80
℃の範囲に設定すれば、S/C比の値が3.0〜6の範
囲にコントロールされることがわかる。次に、上記実施
の形態の固体高分子型燃料電池発電システムを用いて、
起動に引き続いて電池温度80℃で発電するという運転
を行い、このときの改質器2及び燃料電池6の温度を経
時的に測定した。
From the thick line graph and the equation 1, when the battery temperature is in the range of 70 to 80 ° C., the value of the S / C ratio is 3.0 to
It can be seen that it falls within the range of 6. Thus, in the system of the first embodiment, the operating temperature of the battery is set to 70 to 80.
It can be seen that setting the temperature in the range of ° C. controls the value of the S / C ratio in the range of 3.0 to 6. Next, using the polymer electrolyte fuel cell power generation system of the above embodiment,
Following the startup, an operation of generating power at a cell temperature of 80 ° C. was performed, and the temperatures of the reformer 2 and the fuel cell 6 at this time were measured over time.

【0044】図5は、その結果を示すグラフであって、
横軸は経過時間、縦軸は燃料電池6及び改質器2の温度
である。起動時(図中領域H)の昇温パタ−ンに示され
るように、バーナ点火から50分程度(水蒸気の供給開
始から30分程度)で、改質器は500℃に達し、燃料
電池も運転温度(80℃)に達した。
FIG. 5 is a graph showing the results.
The horizontal axis represents the elapsed time, and the vertical axis represents the temperatures of the fuel cell 6 and the reformer 2. As shown in the heating pattern at the time of start-up (region H in the figure), about 50 minutes after the burner ignition (about 30 minutes from the start of steam supply), the reformer reaches 500 ° C., and the fuel cell also The operating temperature (80 ° C.) has been reached.

【0045】発電時(図中領域I)の昇温パタ−ンに示
されるように、発電開始から30分程度後に、改質器の
温度が約700℃となり、定常運転が開始された。図4
からわかるように、80℃での定常運転時において、1
セル当りの発電電圧は530mVであり、S/C比は約
6である。なお、燃料電池6に送り込まれる水蒸気量
は、燃料電池の運転温度(80℃)における飽和水蒸気
量である約50vol%となる。
As shown in the temperature rise pattern at the time of power generation (region I in the figure), about 30 minutes after the start of power generation, the temperature of the reformer reached about 700 ° C., and steady operation was started. FIG.
As can be seen from FIG.
The generated voltage per cell is 530 mV, and the S / C ratio is about 6. The amount of water vapor sent into the fuel cell 6 is about 50 vol%, which is the amount of saturated water vapor at the operating temperature (80 ° C.) of the fuel cell.

【0046】(比較例)これに対して、従来の固体高分
子型燃料電池システムのように、S/C比を2.5程度
に設定すれば、改質後の混合ガス(改質ガス+水蒸気)
中の水蒸気量は10vol%程度となる。従って、この
場合、実施例と同じ80℃で燃料電池を運転しようとす
れば、燃料電池に供給される混合ガス中の水蒸気量を飽
和量(約50vol%)とするために、加湿器等で水蒸
気を補給する必要があることになる。 (その他の事項)なお、上記実施の形態においては、水
蒸気検出センサ10で検出した燃料電池内の水蒸気量に
基づいて、第一調整バルブ3の開口量を調整する例を示
したが、燃料電池内の水蒸気量を検出しなくても、上記
数1式を満たすS/C比となるよう第一調整バルブ3の
開口量を調整すれば、燃料電池に供給される改質ガスが
水蒸気で飽和されるように制御されることになる。
Comparative Example On the other hand, if the S / C ratio is set to about 2.5 as in the conventional polymer electrolyte fuel cell system, the mixed gas after reforming (reformed gas + water vapor)
The amount of water vapor in the inside is about 10 vol%. Therefore, in this case, if the fuel cell is operated at 80 ° C., which is the same as the embodiment, in order to make the amount of water vapor in the mixed gas supplied to the fuel cell a saturated amount (about 50 vol%), a humidifier or the like is used. It will be necessary to supply steam. (Other Matters) In the above embodiment, the example in which the opening amount of the first adjustment valve 3 is adjusted based on the amount of water vapor in the fuel cell detected by the water vapor detection sensor 10 has been described. Even if the amount of water vapor in the fuel cell is not detected, the reforming gas supplied to the fuel cell is saturated with water vapor by adjusting the opening amount of the first control valve 3 so that the S / C ratio satisfies the above equation (1). Will be controlled so that

【0047】また、上記実施の形態においては、燃料電
池に常圧で改質ガスを供給し70〜80℃程度で運転す
る例を示したが、燃料電池に改質ガスを加圧して供給し
120〜130℃程度で運転するような固体高分子型燃
料電池発電システムにおいても、本発明は適用すること
ができる。また、上記実施の形態においては、原料とし
て天然ガスを用いる例を示したが、ナフサ,都市ガス等
の気体燃料を用いる場合も同様に実施できる。また、メ
タノールのような液体燃料を原料として用いる場合は、
改質器にメタノールを気化させる部分を設ければ同様に
実施することができる。
In the above-described embodiment, an example has been described in which the reformed gas is supplied to the fuel cell at normal pressure and the fuel cell is operated at about 70 to 80 ° C., but the reformed gas is supplied to the fuel cell while being pressurized. The present invention can be applied to a polymer electrolyte fuel cell power generation system that operates at about 120 to 130 ° C. Further, in the above-described embodiment, an example in which natural gas is used as a raw material has been described. When using a liquid fuel such as methanol as a raw material,
If the reformer is provided with a portion for vaporizing methanol, the same operation can be performed.

【0048】また、上記実施の形態においては、選択酸
化触媒を備えたCO除去器を設けることによって、一酸
化炭素の濃度を低減し、アノード触媒の劣化を抑制する
例を示したが、本発明において、選択酸化触媒を備えた
CO除去器は必須ではなく、他の方法で改質ガス中の一
酸化炭素濃度を低減したり一酸化炭素に対するアノード
触媒の耐久性を向上することができれば、同様に実施で
きると考えられる。
Further, in the above embodiment, an example has been shown in which the concentration of carbon monoxide is reduced and the deterioration of the anode catalyst is suppressed by providing a CO remover having a selective oxidation catalyst. In the above, a CO remover equipped with a selective oxidation catalyst is not essential, and if the carbon monoxide concentration in the reformed gas can be reduced or the durability of the anode catalyst to carbon monoxide can be improved by other methods, the same applies. It is thought that it can be carried out.

【0049】[0049]

【発明の効果】上述のように本発明は、天然ガス等の原
料を改質器で改質し、その改質ガスを用いて固体高分子
型の燃料電池で発電する燃料電池発電システムにおい
て、発電時において、水蒸気が改質器を経由して改質ガ
スと共に燃料電池に流れ込んで固体高分子膜を保湿する
よう過剰量の水蒸気を改質器に供給する水蒸気供給手段
を備えた構成とし、これによって、システム構成を簡素
にすると共に、改質器におけるカ−ボンの析出を抑えて
改質器の寿命を伸ばすことができる。
As described above, the present invention relates to a fuel cell power generation system in which a raw material such as natural gas is reformed by a reformer and power is generated by a polymer electrolyte fuel cell using the reformed gas. At the time of power generation, a configuration including steam supply means for supplying an excessive amount of steam to the reformer so that the steam flows into the fuel cell together with the reformed gas via the reformer and moisturizes the solid polymer membrane, As a result, the system configuration can be simplified, and the precipitation of carbon in the reformer can be suppressed to extend the life of the reformer.

【0050】このシステムにおいて、改質器で生成され
た改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択酸化することに
より一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器を備えるこ
とによって、アノード触媒の劣化が抑制されるので、実
用性の高いものとすることができる。また、燃料電池の
発電温度において燃料電池に送り込まれる改質ガス中の
水蒸気が結露しない割合で水蒸気を供給すれば、固体高
分子膜の水素イオン伝導性が確保され且つ燃料電池内で
水蒸気が結露しないため、長時間運転しても電圧が低下
しにくい。
In this system, the deterioration of the anode catalyst is reduced by providing a carbon monoxide remover for removing carbon monoxide by selectively oxidizing carbon monoxide contained in the reformed gas generated by the reformer. Since it is suppressed, it can be made highly practical. In addition, if the steam in the reformed gas sent into the fuel cell is supplied at a rate that does not cause dew condensation at the power generation temperature of the fuel cell, the hydrogen ion conductivity of the solid polymer membrane is ensured and the steam is condensed in the fuel cell. Therefore, the voltage does not easily decrease even after long-time operation.

【0051】また、水蒸気供給手段を用いて、起動時に
改質器を経由して燃料電池に水蒸気を送り込み、燃料電
池を昇温するようにすれば、昇温プレ−トなどの昇温装
置を設けなくても燃料電池の昇温を行うことができる。
また、水蒸気供給手段は、燃料電池に流れる水蒸気量を
検出する水蒸気検出センサと、燃料電池の温度を検出す
る温度検出センサと、改質器に水蒸気を供給する配管に
設けられたバルブと、発電時において、水蒸気検出セン
サと温度検出センサの検出結果に基づいてバルブを制御
する制御部とを備えた構成とすることによって容易に実
現することができる。
Further, when the steam is supplied to the fuel cell via the reformer at the time of starting by using the steam supply means and the temperature of the fuel cell is raised, a heating device such as a heating plate can be provided. The temperature of the fuel cell can be raised without providing the fuel cell.
The steam supply means includes a steam detection sensor for detecting an amount of steam flowing through the fuel cell, a temperature detection sensor for detecting the temperature of the fuel cell, a valve provided on a pipe for supplying steam to the reformer, At the time, it can be easily realized by adopting a configuration including a control unit that controls a valve based on the detection result of the water vapor detection sensor and the temperature detection sensor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態に係る固体高分子型燃料
電池発電システムの概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell power generation system according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す第二制御部によって実行される起動
時の制御フロチャ−トである。
FIG. 2 is a control flowchart at the time of starting which is executed by a second control unit shown in FIG. 1;

【図3】図1に示す第一制御部によって実行される発電
時の制御フロチャ−トである。
FIG. 3 is a control flowchart at the time of power generation performed by a first control unit shown in FIG. 1;

【図4】実施例にかかる固体高分子型燃料電池発電シス
テムを運転したときの燃料電池温度と電池電圧及びS/
C比との関係を示すグラフである。
FIG. 4 shows the fuel cell temperature, the cell voltage, and the S / O ratio when the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the embodiment is operated.
It is a graph which shows the relationship with C ratio.

【図5】実施例にかかる固体高分子型燃料電池発電シス
テムを運転したときの改質器及び燃料電池の温度を経時
的に測定した結果を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the results of measuring the temperatures of the reformer and the fuel cell over time when the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the example is operated.

【図6】従来の固体高分子型燃料電池とを組み合わせた
システムの一例における処理フローを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a processing flow in an example of a system in which a conventional polymer electrolyte fuel cell is combined.

【符号の説明】 1 バーナ 2 改質器 3 第一調整バルブ 4 CO除去器 5 冷却器 6 燃料電池 7 制御装置 8 第一制御部 9 第二制御部 10 水蒸気検出センサ 11 第一温度検出センサ 12 第二温度検出センサ 13 エゼクタ 14 第二調整バルブ 15 電流計[Description of Signs] 1 burner 2 reformer 3 first regulating valve 4 CO remover 5 cooler 6 fuel cell 7 control device 8 first control unit 9 second control unit 10 water vapor detection sensor 11 first temperature detection sensor 12 Second temperature detection sensor 13 Ejector 14 Second adjustment valve 15 Ammeter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 滋 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 三宅 泰夫 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shigeru Sakamoto 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi City, Osaka Prefecture Inside Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yasuo Miyake 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi City, Osaka Prefecture No. 5 Sanyo Electric Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原料を水蒸気改質して水素リッチな改質
ガスを生成する改質器と、 前記改質器で生成された改質ガスを用いて発電する固体
高分子型の燃料電池と、 発電時において水蒸気が前記改質器を経由して改質ガス
と共に前記燃料電池に流れ込んで固体高分子膜を保湿す
るよう該改質器に対して過剰量の水蒸気を供給する水蒸
気供給手段とを備えることを特徴とする固体高分子型燃
料電池発電システム。
A reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by steam reforming a raw material; a polymer electrolyte fuel cell for generating electricity using the reformed gas generated by the reformer; Steam supply means for supplying an excessive amount of steam to the reformer such that steam flows into the fuel cell together with the reformed gas via the reformer and the solid polymer membrane during power generation during power generation. A polymer electrolyte fuel cell power generation system comprising:
【請求項2】 前記固体高分子型燃料電池発電システム
は、更に、 前記改質器で生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素
を選択酸化することによって一酸化炭素を除去する一酸
化炭素除去器を備えることを特徴とする請求項1記載の
固体高分子型燃料電池発電システム。
2. The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 2, further comprising removing carbon monoxide by selectively oxidizing carbon monoxide contained in the reformed gas generated by said reformer. The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 1, further comprising a remover.
【請求項3】 前記水蒸気供給手段は、 前記改質器に供給される原料中の炭化水素に対する水蒸
気のモル比が3.0〜6となるよう水蒸気を供給するこ
とを特徴とする請求項1または2記載の固体高分子型燃
料電池発電システム。
3. The steam supply means according to claim 1, wherein the steam is supplied such that the molar ratio of steam to hydrocarbon in the raw material supplied to the reformer is 3.0 to 6. Or the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to 2.
【請求項4】 前記水蒸気供給手段は、 前記燃料電池に改質ガスと共に送り込まれる水蒸気が該
燃料電池の発電温度において結露しない割合で水蒸気を
供給することを特徴とする請求項1〜3記載の固体高分
子型燃料電池発電システム。
4. The steam supply device according to claim 1, wherein said steam supply means supplies steam at a rate at which steam fed together with the reformed gas into said fuel cell does not dew at the power generation temperature of said fuel cell. Solid polymer fuel cell power generation system.
【請求項5】 前記水蒸気供給手段は、 燃料電池の起動時においても、前記改質器を経由して前
記燃料電池に水蒸気を送り込み、燃料電池を水蒸気によ
って加熱することを特徴とする請求項1〜4記載の固体
高分子型燃料電池発電システム。
5. The steam supply means according to claim 1, wherein the steam is supplied to the fuel cell via the reformer even when the fuel cell is started, and the fuel cell is heated by the steam. 5. The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to any one of claims 4 to 4.
【請求項6】 前記水蒸気供給手段は、 前記燃料電池に流れる水蒸気量を検出する水蒸気検出セ
ンサと、 前記燃料電池の温度を検出する温度検出センサと、 前記改質器に水蒸気を供給する配管に設けられたバルブ
と、 発電時において前記水蒸気検出センサと温度検出センサ
の検出結果に基づいて前記バルブを制御する制御部とを
備えることを特徴とする請求項1〜4記載の固体高分子
型燃料電池発電システム。
6. The steam supply means includes: a steam detection sensor that detects an amount of steam flowing through the fuel cell; a temperature detection sensor that detects a temperature of the fuel cell; and a pipe that supplies steam to the reformer. The solid polymer fuel according to any one of claims 1 to 4, further comprising: a valve provided; and a control unit that controls the valve based on detection results of the water vapor detection sensor and the temperature detection sensor during power generation. Battery power generation system.
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