JPS6348774A - 燃料改質器の燃焼ガス制御装置 - Google Patents

燃料改質器の燃焼ガス制御装置

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JPS6348774A
JPS6348774A JP61190860A JP19086086A JPS6348774A JP S6348774 A JPS6348774 A JP S6348774A JP 61190860 A JP61190860 A JP 61190860A JP 19086086 A JP19086086 A JP 19086086A JP S6348774 A JPS6348774 A JP S6348774A
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JP
Japan
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combustion gas
fuel cell
air
reformer
gas
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Pending
Application number
JP61190860A
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English (en)
Inventor
Isamu Osawa
勇 大澤
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Publication of JPS6348774A publication Critical patent/JPS6348774A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒燃焼器からの燃焼ガスの加熱により改質
原料を気化し、この気化ガスより水素に富む改質ガスを
生成する燃料改質器に係り、特に前記燃焼ガスの温度を
制御する燃料改質器の燃焼ガス制?11装置に関する。
【従来技術とその問題点】
燃料電池は周知のように燃料として水素を燃料電極に、
酸化剤として酸素を酸化剤電極に供給して電池反応を起
こさせて電気を発生している。通常、この燃料は燃料改
質器によりメタノールのような液体状の改質原料を水素
に富むガスにした改質ガスが使用され、また酸化剤は酸
素を含む空気が使用される。 燃料改質器は送入された改質燃料を気化する気化器と、
この気化器に連通し、気化した原料ガスを水素に富むガ
スに改質する改質器と、この気化器と反応器に必要な熱
量を与えるバーナ等を有している。燃焼ガスはバーナに
燃料と、この燃料の燃焼に必要な空燃比の燃焼空気とが
供給されて燃燐により生成される。この場合バーナに供
給する燃料は効率向上のため燃r4電池から排出される
未反応水素を含む改質ガス (以下オフガスという)が
使用され、また燃焼空気も未反応酸素を含む空気が使用
される。燃料電池発電装置は上記のような燃料改質器と
燃料電池とを組合わせて構成される。 ところで燃料電池発電装置において、燃料電池からのオ
フガス量および組成は、燃料電池自体の負荷変動により
大幅に変動する0例えば燃料電池自体の負荷が急上昇し
たときは一時的に水素を多く消費するため、燃料電池か
らのオフガスの量、すなわち水素の量が著しく減少し、
同時に単位量あたりの発熱量が減少し、自ら燃焼できる
自燃限界を下まわる場合が生しる。このためバーナにて
燃焼時失火する虞れもあるので失火防止のため補助バー
ナを設置して、補助バーナでの燃焼により燃焼を持続す
る。 またこのような補助バーナを設置しないで済む方法とし
て、白金等からなる酸化触媒を担持した粒状の触媒を充
填した触媒燃焼器が使用される。 この触媒燃焼器は燃焼可能な範囲が広いため、補助バー
ナを設けずとも失火する虞れはない。 しかしながら、上記のような触媒燃焼器を使用する場合
、部分的にその酸化触媒の許容■界使用温度を越えるこ
とがあり、触媒劣化の原因となっていた。この劣化は、
触媒燃焼器での燃焼量が少ないときに触媒燃焼器内に充
填された酸化触媒層内をガスがかたよって流れ高温点が
生じることによって起こる。この高温点は検出すること
が困難であるため、酸化触媒の劣化が進行するという欠
点がある。
【発明の目的】
本発明は、前述のような点に鑑み触媒燃焼器の酸化触媒
層内で良好にガス分散を保ちながら燃焼させ、この燃焼
ガスの熱量を改質器に適正に与えることができるような
燃料改質器の燃焼ガス制御装置を提供することを目的と
する。
【発明の要点】
上記−9目的は、本発明によれば改質原料を気化し、こ
の気化ガスを水素に富む改質ガスにする改質器と、この
改質器を加熱する燃焼ガスを生成する触媒燃焼器と、前
記改質器からの改質ガスと空気とが供給されて発電する
燃料電池とからなる燃料電池発電装置において、前記燃
料電池から排出される空気を触媒燃焼器に導(供給管路
に設けられた第1の!PI整弁と、前記供給管路から分
岐した空気の排出管路に設けられた第2の1IiI整弁
と、前記触媒燃焼器から改質器に供給する燃焼ガスの温
度を検出する温度検出器と、この温度検出器の検出温度
に恭づき、前記第1の調整弁の開度を制j′nする温度
調節器と、前記燃料電池から排出される空気の圧力を検
出する圧力検出器と、この圧力検出器の検出圧力に基づ
き、前記第2の調整弁の開度を制御する圧力調節器とか
ら構成することにより達成される。
【発明の実施例] 以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。 第1図は本発明の実施例による燃焼ガス制御装置を備え
た燃料電池発電装置の系統!Aである0図において1は
燃料改質器、2は燃料電池であり、燃料改質器1と燃料
電池2とが組合わされて燃料電池発電装置10が構成さ
れている。燃料改質1lS1は図示しない気化器と、こ
の気化器に連通し改質触媒が充填された反応器を内蔵す
る改質器3と、この改t!83に酸化触媒が充填され、
燃焼ガスを管路4を経て供給する触媒燃焼器5とから構
成されている。改質器3にはメタノールに水を付加した
液体状の改質原料を供給する管路6が設けられ、改質器
3で水素に富むガスに改質した改質ガスを燃料電池2の
図示しない燃料電極に供給する管路7が設けられ、さら
に燃料電池2がらオフガスを触媒燃焼器5に供給する管
路8が設けられている。 一方、燃料電池2の図示しない酸化剤電極に空気を供給
するブロワ9を備えた管路11が設けられ、また燃FJ
電池2から排出される未反応酸素を含む空気を燃焼空気
として触媒燃焼器5に供給する供給管路12が設けられ
、さらに供給管路12から分岐して前記空気を排出して
水回収器14に接続する徘出前路13が設けられている
。なお水回収器は燃料電池から排出される空気や後述す
る燃焼ガスに含まれる水蒸気を凝縮して水にして回収す
るものである。 ところで、供給管路12と排出管路13とにはそれぞれ
本発明の対象となる第1の調整弁15と、第2の調整弁
16と、触媒燃焼器5からの燃焼ガスを改質器3に供給
する管路4に燃焼ガスの温度を検出する温度検出器17
と、この温度検出器17の検出温度を入力し、第1の!
ji整弁15の開度を制御する温度調節器18と、燃料
電池2からの空気の排出管路13に排出される空気の圧
力を検出する圧力検出器19と、この圧力検出器19の
検出圧力を入力し、第2の調整弁16の開度を制御する
圧力tli1節器20とが設けられている。 なお、管路4を経て改質器3内に流入し、気化器と反応
器とを加熱した燃焼ガスは、管路22を経て水回収器1
4にて水を回収した後スタック23から大気に放出され
る。 このような構成により、管路6を経て改質器3に供給さ
れる水が付加された改質原料を改質器3の気化器と反応
器内に送入し、一方触媒燃焼器で燃焼された燃焼ガスを
管路4を経て改質器3内に送入し、燃焼ガスにより改質
器内の気化器と反応器とを加熱して、これらの中を流れ
る改質原料を気化器にて気化しこの気化ガスを反応器の
改質触媒により水素に富む改質ガスにする。この改質ガ
スは管路7を経て燃料電池2の燃料電極に送気される。 一方ブロワ9を駆動して管路11を経て空気を燃料電池
2の酸化剤′gi極に供給し、前述の改質ガスとともに
燃料電池で電池反応を起こして発電する。この場合燃料
電池2からは発電に相当する水素を消費して排出される
オフガスと、発電に相当する酸素を消費して未反応酸素
を含む排出空気とが排出される。オフガスは管路8を経
て触媒燃焼器5に供給され、管路12を経て触媒燃焼器
5に供給される排出空気を燃焼空気としてオフガスは器
3の気化器1反応器と、う加熱して改質源ネ4を改。 質するに必要な熱量を与えた後、管路22を経てスタッ
ク23から放出される。 このような運転において、温度検出器17により管路4
を流れる燃焼ガスの温度を検出し、この温度を温度調節
器18に入力し、温度調節器18により第1の調整弁1
5の開度を調節して触媒燃焼器5に供給する排出空気の
流量を調節し触媒燃焼器5に供給されるオフガスに対す
る空燃比を変えて燃焼ガスの温度を所定値に制御する。 この場合、供給管路12を流れる排出空気は触媒燃焼器
5が必要とする以外の余分の空気を排出するとともに圧
力を保持する必要があるので圧力検出器19により排出
空気の圧力を検出し、この検出圧力を圧力調節器20に
入力し、圧力調節器20により第2の調整弁16の開度
を調節し、第1の調整弁15にかかる空気の圧力を所定
値にするとともに触媒燃焼器5に不必要な余分の空気を
管路13を経て排出する。 この場合、燃料電池から排出されるオフガスと排出空気
との量を比較すると、運転条件により変動はあるが、排
出空気は触媒燃焼器5でオフガスを燃焼させるのに必要
な燃焼空気の理論量の4〜6倍程度の量がある。また排
出空気の酸素濃度は新鮮な空気の172程度である。し
たがって2〜3倍程度の空燃比が得られ、排出空気でも
オフガスに対して充分な量の燃焼空気となる。 第2図ないし第4図は上記のような空燃比を有して触媒
燃焼器で燃焼されたときの排出される燃焼ガス特性を示
したグラフであり4横軸に空燃比をとり、縦軸に第2図
は(非出燃焼ガスの利用可能熱量を、第3図は排出燃焼
ガス量を、第4図は排出燃焼ガス温度をとって示してい
る。これらの図により空燃比の増加にしたがって排出さ
れる燃焼ガスによる利用可能熱量は低下するとともに排
出される燃焼ガス量は増加し、これらの作用により排出
される燃焼ガスの温度は低下することが理解される。し
たがって第4図に示す燃焼ガスの温度化囲により上記の
ように第1の調整弁15の開度を調整することにより触
媒燃焼器の燃焼ガスの温度を制御できる。 なお、この場合触媒燃焼器で燃焼される燃焼ガスは新鮮
な空気の酸素の半分程度を含む排出空気で燃焼されるの
で、通常の空燃比でも燃焼空気は多量になる。このため
触媒燃焼器内の燃焼ガスは新鮮な空気による燃焼ガスよ
り多量になり、触媒燃焼器内に偏流が生じないためガス
分散を良好に保ち、酸化触媒に高温点が生しない。 【発明の効果】 以上の説明から明らかなように、本発明によれば燃料電
池から触媒燃焼器に供給されるオフガスを、燃料電池か
ら排出される空気により燃焼させ、触媒燃焼器からの燃
焼ガスの温度により燃料電池からの排出空気の責を調整
する調整弁を設けたことにより、触媒撚ve器で燃焼さ
れる燃焼ガスの温度を所定値に制御でき、また燃焼ガス
量は新鮮な空気による燃焼ガス量より充分多いので、燃
焼ガスの分散を良好に保つことができ、酸化触媒に生じ
る高温点による劣化がなく、また燃焼ガスの温度も良好
に制御できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例による燃焼ガス制御装置を備え
た燃料電池発電装置の系統図、第2図は触媒燃焼器にお
ける空燃比と燃焼ガスの利用可能な熱量との関係を示す
グラフ、第3図は触媒燃焼器における空燃比と排出燃焼
ガス量との関係を示すグラフ、第4図は触媒撚gA器に
おける空燃比と排出燃焼ガス温度との関係を示すグラフ
である。 1:燃料数π器、2:PA料電池、3:改質器、5:触
媒燃焼器、10:燃料電池発電装置、11供給管路、1
3:排出管路、15:第1のL′1整弁、16:第2の
調整弁、17:温度検出器、18:温度調節器、19:
圧力検出器、20:圧力調節器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 改質原料を気化し該気化ガスを水素に富む改質ガスにす
    る改質器と、該改質器を加熱する燃焼ガスを生成する触
    媒燃焼器と、前記改質器からの改質ガスと空気とが供給
    されて発電する燃料電池とからなる燃料電池発電装置に
    おいて、前記燃料電池から排出される空気を触媒燃焼器
    に導く供給管路に設けられた第1の調整弁と、前記供給
    管路から分岐した前記空気の排出管路に設けられた第2
    の調整弁と、前記触媒燃焼器から改質器に供給する燃焼
    ガスの温度を検出する温度検出器と、該温度検出器の検
    出温度に基づき第1の調整弁の開度を制御する温度調節
    器と、前記燃料電池から排出される空気の圧力を検出す
    る圧力検出器と、該圧力検出器の検出圧力に基づき第2
    の調整弁の開度を制御する圧力調節器とからなることを
    特徴とする燃料改質器の燃焼ガス制御装置。
JP61190860A 1986-08-14 1986-08-14 燃料改質器の燃焼ガス制御装置 Pending JPS6348774A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01298651A (ja) * 1988-05-26 1989-12-01 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd 燃料電池用触媒燃焼器の燃焼制御装置
US5208114A (en) * 1991-01-21 1993-05-04 Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. Power generation system using molten carbonate fuel cells
JP2005268118A (ja) * 2004-03-19 2005-09-29 Corona Corp 改質型燃料電池システム及び改質型燃料電池システムの運転制御方法
JP2010211931A (ja) * 2009-03-06 2010-09-24 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムと、この燃料電池システムの運転方法
JP2021009796A (ja) * 2019-07-01 2021-01-28 本田技研工業株式会社 燃料電池システム

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