JP2003187848A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
知手段を採用しても、バーナに原燃料を追加供給せずに
失火の検出などを行うことができる、簡素化され、かつ
高効率な燃料電池システムの提供。 【解決手段】 天然ガスなどの炭化水素系燃料を水素に
改質する改質器と、CO変成器と、CO除去器と、水素
によって発電する燃料電池と、燃料電池から排出される
水素ガスを燃焼して前記改質器の改質反応に必要な熱量
を供給する改質器用バーナを備えた燃料電池システムで
あって、前記改質器用バーナにフレームロッド方式火炎
検知手段を備えるとともに火炎検知可能な量の燃料ガス
を含む水素ガスを供給する燃料電池システムにより課題
を解決できる。
Description
に関するものである。
ル、LPG、ブタンなどの炭化水素系燃料を原燃料とし
て水素に改質する改質器と、一酸化炭素を変成するCO
変成器と、一酸化炭素を除去するCO除去器と、水素に
よって発電する燃料電池と、燃料電池から排出される水
素ガスを燃焼して前記改質器の改質反応に必要な熱量を
供給する改質器用バーナを備えた燃料電池システムや、
さらに起動時や停止時に各反応器が安定するまで水素を
燃焼するプロセスガスバーナを備えた小型電源としての
燃料電池システムが提案されている。
統図である。燃料電池6を用いた燃料電池システムGS
は、例えば、燃料電池6の他に熱回収装置RDを含んで
いる。この熱回収装置RDは、貯湯タンク50、熱交換
器32、46、71、ポンプ33、47、72とを備え
た温水の循環路などで連結されている。
変成器4、CO除去器5などからなる燃料ガス供給装置
および空気ポンプ11、水タンク21などからなる反応
空気供給装置ならびに燃料極6a、空気極6kなどの電
極および水タンク21、ポンプ48、冷却部6cなどか
らなる燃料電池6の冷却装置を備えている。
DC/DCコンバータで昇圧され、図示しない配電系統
連携インバータを介して商用電源に接続される、一方、
ここから家庭や事務所などの照明や空調機等の他の電気
機器用の電力として供給される。
ステムGSでは、発電と同時に、例えば燃料電池6によ
る発電時に発生する熱を利用して市水から温水を生成
し、この温水を貯湯タンク50に蓄えて、風呂や台所な
どに供給するなど、燃料電池6に使用される燃料がもつ
エネルギーの有効利用を図っている。
給装置では、天然ガス、都市ガス、メタノール、LP
G、ブタンなどの原燃料1が脱硫器2に供給され、ここ
で原燃料から硫黄成分が除去される。この脱硫器2を経
た原燃料は、昇圧ポンプ10で昇圧されて改質器3に供
給される際に、水タンク21から水ポンプ22を経て温
水が送られ、熱交換器17で加熱されて生成した水蒸気
と合流して、供給される。改質器3では、水素、二酸化
炭素、および一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。
この改質器3を経たガスは、CO変成器4に供給され、
ここでは改質ガスに含まれる一酸化炭素が二酸化炭素に
変成される。このCO変成器4を経たガスは、CO除去
器5に供給され、ここではCO変成器4を経たガス中の
未変成の一酸化炭素が例えば10ppm(容量)以下に
低減され、水素濃度の高い水性ガス(改質ガス)がパイ
プ64を経て燃料電池6の燃料極6aに供給される。
給される温水の量を調節することにより改質ガスへの水
分の添加量が調節される。反応空気供給装置では、空気
ポンプ11から水タンク21に、空気を供給し、水タン
ク21内の温水中に反応空気を泡立てつつ気相部53に
送出することによって加湿が行われる。このようにし
て、燃料電池6における反応が適度に維持されるように
水分を与えられた後の反応空気が水タンク21からパイ
プ25を経て燃料電池6の空気極6kに供給される。
改質ガス中の水素と、空気ポンプ11、水タンク21の
気相部53を経て空気極6kへ供給された空気中の酸素
との電気化学反応によって発電が行われる。燃料電池6
の冷却装置は、この電気化学反応の反応熱などで燃料電
池6が過熱しないようにするため、燃料電池6の電極6
a、6kに並置された冷却装置であり、冷却部6cに水
タンク21の温水をポンプ48で冷却水として循環さ
せ、この冷却水で燃料電池6内の温度が発電に適した温
度(例えば70〜80℃程度)に保たれるように制御し
ている。
るので、加熱しながら化学反応を継続させるための改質
器用バーナ12を有し、ここにはパイプ13を介して原
燃料が供給され、パイプ15を介して、燃料極6aを経
た未反応水素が供給され、ファン14を介して空気が供
給される。本燃料電池システムGSの始動時には、改質
器用バーナ12にパイプ13を介して原燃料が供給され
て燃焼が行われ、起動後に、燃料電池6の温度が安定し
たときに、パイプ13からの原燃料の供給を減少させ、
パイプ15を介して燃料極6aから排出される未反応水
素(オフガス)が供給されて燃焼が継続される。
れる化学反応は発熱反応である。運転中は、発熱反応の
熱により反応温度以上に昇温しないように冷却制御が行
われる。このようにして改質器3、CO変成器4、CO
除去器5および燃料電池6では所定の化学反応と発電が
継続される。
器4とCO除去器5間にはそれぞれ熱交換器18、19
が接続されている。そして各熱交換器18、19には水
タンク21の温水が、ポンプ23、24を介して循環
し、これらの温水で改質器3、CO変成器4を経たガス
がそれぞれ冷却される。図示しないがCO除去器5と燃
料電池6との間にも熱交換器を接続してCO除去器5を
経たガスを冷却することができる。上記改質器3の排気
系31には熱交換器17が接続され、水タンク21の温
水がポンプ22を介して供給されると、この熱交換器1
7で水蒸気化し、この水蒸気が原燃料と混合して改質器
3に供給される。
スバーナ(PGバーナ)34が備えられている。燃料電
池システムGSの起動時には、改質器3、CO変成器
4、CO除去器5を経た改質ガスの組成が燃料電池6の
運転に適した安定した規定値に達していないので、それ
が安定するまでは、このガスを燃料電池6に供給するこ
とができない。そこで、各反応器が安定するまでは、ガ
ス組成が規定値に達していないガスをこのPGバーナ3
4に導いて燃焼させる。37はPGバーナ34に燃焼用
空気を送るファンである。
度が規定値(例えば、10ppm(容量)以下)に達し
た後、燃料電池6に導入して発電を行う。燃料電池6で
の発電に使用できなかった未反応ガスは、当初PGバー
ナ34に導いて燃焼し、燃料電池6の温度が安定した後
は、燃料電池6からのオフガスをパイプ15経由、改質
器3のバーナ12に導入して燃焼させる。
後、各反応器が温度的に安定するまでは、開閉弁91が
閉じられ、改質ガスは管路35および開閉弁36を経て
PGバーナ34に供給される。
燃料電池6の温度が作動温度(例えば70〜80℃)近
くの温度域で安定するまで、開閉弁91が開かれ、開閉
弁92が閉じられて、改質ガスが管路38および開閉弁
39を経てPGバーナ34に供給され、そこで燃焼され
る。
続して発電が行われるようになった場合、開閉弁91、
開閉弁92が開かれ、開閉弁36、開閉弁39が閉じら
れて、燃料電池6を経た未反応ガス(オフガス)は管路
15を経て改質器用バーナ12に供給される。
が供給される。この貯湯タンク50に供給された市水
は、燃料電池システムGSから発生する排熱によって加
熱され、この昇温された温水は、温水供給管62を通じ
て外部に給湯される。例えば排気系31には、熱交換器
17の他に、さらに別の熱交換器32が接続され、この
熱交換器32には貯湯タンク50の水が、ポンプ33を
介して循環し、排熱回収が行われる。
交換器46が接続され、この熱交換器46には、ポンプ
47を介して貯湯タンク50の水が循環され貯湯タンク
50に熱回収が行われる。水タンク21には、ポンプ2
3、24、48によって熱交換器18、19を経て戻る
水や燃料電池6の冷却部6cを循環する冷却水が水管7
3を経て流入する一方、水タンク21に水を供給する水
補給装置68が接続されている。水補給装置68は電動
弁56と供給タンク67およびポンプ74などから構成
されている。供給タンク67は市水補給装置69および
燃料電池6から生じる水をパイプ70を経て一旦貯えて
水タンク21に水を供給できるようにしたタンクであ
る。
料電池6の空気極6kから排出されたガスを熱交換器7
1に導き、この熱交換器71中をポンプ72によって貯
湯タンク50との間を循環する水で冷却することによっ
て得られたドレン水や燃料極6aから排出されたガスに
含まれている水がある。
水道管52を介して水源78に接続されており、供給タ
ンク67の水量が減って水位が低下したことを水位計7
9が検知したときに液面制御装置77が電動弁76を開
き、水源78の水圧を利用して水道管52、水処理装置
(イオン交換樹脂)51を経て供給タンク67に水を補
給し、水タンク21に水を供給するのに支障のない水量
を保持する装置である。水タンク21には、タンク内の
上部に常に空気部分(気相部)53が形成されるように
水の水位を保つ液面制御装置LCおよび水タンク21内
の水温を設定範囲に保つ温度調節装置TCとを有してい
る。
56の制御装置を備えて水タンク21内の水量を常時監
視しつつ、反応用空気が、水タンク21の中を通過する
際に適度に加湿されて燃料電池6に供給されるようにタ
ンク内に水を貯え、かつ上部に気相部53が形成される
ように水量を制御し、水位が低下した場合はポンプ74
を運転し、電動弁56の開度を調節して供給タンク67
からパイプ84を経て処理水を導入し、水タンク21内
の水位を設定範囲に保つようにしている。55は、水位
計54による水位の検出が泡立ちなどにより不安定にな
るのを防止する消波板である。
6kに反応空気を供給する際に、水タンク21内で適度
に加湿が行えるように水の温度を例えば60〜80℃の
温度範囲(設定温度)に保つ装置である。63はバブリ
ング用の多孔板である。
システムGSの改質器用バーナ12やプロセスガスバー
ナ34における、安定燃焼の監視や制御など、失火の検
出などのための火炎検知手段には、熱電対により直接温
度を測定する方法や、火炎中に交流電圧を印加して炭化
水素をイオン化し、バーナに向かって流れる微小な電流
を測定するフレームロッド方式(flame rod
system)などがある。
接測定し、その温度変化により失火を判断するので、失
火してからの検知時間(判断時間)が数秒必要となり失
火応答性に問題がある上、コスト高になり、またシース
熱電対の場合、シース径が大きくなると温度変化に対す
る反応が鈍くなるため、径の小さい熱電対を使用するこ
とになるが、シースの保護材料が腐食され、特に径0.
5mmのシース熱電対を裸火にさらすと熱電対が切れる
ので耐久性が劣る問題がある。
は、ガス燃焼火炎検知に用いられる比較的簡単な方法で
ある。フレームロッドに交流電圧を印加し、火炎の整流
作用によって整流されて生じた直流電流を取り出して増
幅し、リレーを作動させて燃料弁を開く回路を作れば、
安全装置として利用できる。しかしながら、火炎の整流
作用が発生するのは、燃料中の炭化水素がイオン化され
ることによるので、燃料中に炭化水素がない場合、また
は燃料中の炭化水素の濃度が低い場合などには、充分な
電流が流れず、したがってそのような場合はこの方式を
使用できないという問題がある。そこでフレームロッド
方式火炎検知手段を用いる場合は、起動後に、燃料電池
6の温度が安定したときに、パイプ15を介して燃料極
6aから排出される未反応水素(オフガス)を供給する
とともに、パイプ13から原燃料を追加供給する必要が
あった。パイプ13からの原燃料の追加供給は、効率が
低下する上、システムが複雑化するという問題があっ
た。
改質器用バーナ12やプロセスガスバーナ34の火炎検
知手段として、比較的簡単なシステムであるフレームロ
ッド方式を採用しても、バーナに原燃料を追加供給する
必要がなく、バーナにおける安定燃焼の監視や制御など
や失火の検出などを行うことができる上、システムを簡
素化でき、かつ高効率な燃料電池システムを提供するこ
とである。
の本発明の請求項1記載の燃料電池システムは、炭化水
素系燃料を水素に改質する改質器と、一酸化炭素を変成
するCO変成器と、一酸化炭素を除去するCO除去器
と、水素によって発電する燃料電池と、燃料電池から排
出される水素ガスを燃焼して前記改質器の改質反応に必
要な熱量を供給する改質器用バーナを備えた燃料電池シ
ステムであって、前記改質器用バーナにフレームロッド
方式火炎検知手段を備えるとともに火炎検知可能な量の
燃料ガスを含む水素ガスを供給することを特徴とする。
2記載の燃料電池システムは、炭化水素系燃料を水素に
改質する改質器と、一酸化炭素を変成するCO変成器
と、一酸化炭素を除去するCO除去器と、起動時や停止
時に各反応器が安定するまで水素を燃料電池に供給せず
排熱を回収するために燃焼するバーナと、水素によって
発電する燃料電池と、燃料電池から排出される水素ガス
を燃焼して前記改質器の改質反応に必要な熱量を供給す
る改質器用バーナを備えた燃料電池システムであって、
前記各バーナにフレームロッド方式火炎検知手段を備え
るとともに火炎検知可能な量の燃料ガスを含む水素ガス
を供給することを特徴とする。
式火炎検知手段を備えた燃料電池システムは、請求項1
あるいは請求項2記載の燃料電池システムにおいて、改
質器に使用する改質触媒が少なくともRuおよび/また
はRhよりなる貴金属系改質触媒であることを特徴とす
る。
式火炎検知手段を備えた燃料電池システムは、請求項3
記載の燃料電池システムにおいて、改質器の出口ガス中
の燃料ガス濃度が3〜16容量%であることを特徴とす
る。
ッド方式火炎検知手段を備えた燃料電池システムは、請
求項1から請求項4のいずれかに記載の燃料電池システ
ムにおいて、燃料電池から排出される水素ガス中の燃料
ガス濃度が7〜33容量%であることを特徴とする。
に説明する。以下の説明および表および図中で、ガス濃
度を%、ppmで表したが、これらはそれぞれ容量%、
容量ppmを示す。従来、燃料ガスとしてメタンを用い
た改質器3の改質温度は700℃以上であり、700℃
の平衡ガス組成は、S/C(スチーム/カーボン比)=
3および4において、表1に示す通りである。
成器3にてCOが1%以下に低減され、CO除去器5に
て10ppm以下に低減される。CO除去器5において
は、反応器の手前で空気を添加し、ガス中の水素を極力
消費(燃焼)せず、COを選択的に酸化させることによ
ってCOを除去している(CO選択酸化)。しかしこの
時副反応として若干のメタン化反応が進行し、水素が消
費されてメタンが生成する。メタンの生成量は空気の投
入量、触媒の反応性によっても異なるが、CO除去器5
出口におけるメタン濃度は1.5%程度(多くても2%
〜3%)である。このプロセスガスは、燃料電池6にて
水素が消費され、たとえば燃料利用率(Uf)が70%
の時は、水素量の70%が消費され、残りの30%が燃
料電池6から排出される。そのため、全ガス量は消費さ
れた水素の減少分だけ減少し、メタンの濃度は上昇する
(約2〜3%)。このガスを改質器3の改質反応に必要
な熱媒体としてバーナ12で燃焼させることにより、改
質触媒に熱を供給している。
観点から改質触媒としてニッケルアルミナ触媒を使用し
ていた。しかし、燃料電池では小型化、高性能化が要求
されるため、耐コーキング性が高く、高活性な貴金属系
のRu、Rhをアルミナやジルコニアに担持させた触媒
が好ましく使用できる。次に貴金属系触媒が好ましく使
用できる理由を説明する。
器3で使用する場合は、GHSVが500h-1程度以下
で、かつ改質温度も700℃以上(800〜900℃程
度)でコーキング防止のためS/C=3.5以上で運転
されていた。それに対してルテニウムアルミナ触媒は、
ニッケルアルミナ触媒に比較して活性が高く、コーキン
グ抑制効果も大きい。本触媒を使用した場合、改質器3
の運転温度(ガス出口触媒温度)が通常の700℃にお
いては、GHSVが1000h-1程度であっても、出口
ガス組成は平衡ガス組成に達している。またS/C=
2.0程度ではコーキングは確認されない。さらに、本
発明者等は通常700℃以上とされている改質温度を5
50℃程度まで下げても、改質器3出口におけるガス組
成は、ほぼ平衡ガス組成が得られることを見いだした。
3における改質温度を下げることにより、残留メタン濃
度を意図的に増加させ、そして燃料電池6からでた濃度
を高められた残留メタンを含む未反応水素を改質器用バ
ーナ12用燃料として使用すれば、バーナ12にフレー
ムロッド方式火炎検知手段を採用でき、フレームロッド
方式火炎検知手段を採用しても、バーナに原燃料を追加
供給する必要がなく、システムを簡素化でき、かつ高効
率な燃料電池システムを提供できる。
ス(改質器出口、CO除去器出口、燃料電池出口)中の
メタン濃度(%)を示す。図2にS/C=2.5におけ
るプロセスガス(改質器出口、CO除去器出口、燃料電
池出口)中のメタン濃度(%)を示す。図1、2より改
質温度を下げることにより改質器3出口メタン濃度は増
加し、燃料電池6出口メタン濃度が増加することが判
る。これにより改質温度を下げることによりフレームロ
ッド方式火炎検知手段を採用可能となることが判る。
0%の場合、改質器3の改質温度が約630℃以下、S
/C=3.0、燃料利用率80%の場合、改質器3の改
質温度が約640℃以下であれば、燃料電池6出口ガス
のメタン濃度は約8%以上になる。これらの条件では改
質器3出口ガスのメタン濃度は約3〜4%となる。
合、改質器3の改質温度が約650℃以下、S/C=
2.5、燃料利用率80%の場合、改質器3の改質温度
が約660℃以下であれば、燃料電池6出口ガスのメタ
ン濃度は約8%以上になる。これらの条件では改質器3
出口ガスのメタン濃度は約3〜5%となる。
ョン反応を考慮し、改質器3の改質温度および燃料電池
6の燃料利用率を調整することにより、燃料電池6出口
の未反応水素中に含まれる残留メタン濃度を、フレーム
ロッド方式火炎検知手段で検知可能な濃度とすることが
できる。フレームロッド方式火炎検知手段で検知可能な
濃度とする以外に、フレームロッドの形状や設置位置な
どを適正化することも当然必要である。
検知手段を設置した1例を示す説明図であり、図4は、
他のバーナにフレームロッド方式火炎検知手段を設置し
た例を示す説明図であり。図3において、バーナ100
のバーナヘッド101よりやや下流のバーナヘッド10
1の近傍のバーナ100の壁面に絶縁用セラミック10
2が固定して設置され、絶縁用セラミック102を貫通
してフレーム検知用ロッド103が装着されており、フ
レーム検知用ロッド103の先端部がバーナヘッド10
1に近接して位置するように固定されている。そしてバ
ーナヘッド101と導通している金属部分とフレーム検
知用ロッド103との間に交流100Vを印可し、その
間に流れる微小電流を測定するようになっている。
絶縁用セラミック102が固定して設置され、絶縁用セ
ラミック102を貫通してフレーム検知用ロッド103
が装着されており、フレーム検知用ロッド103の先端
部がバーナヘッド101の上面に近接して位置するよう
に固定されている。そしてバーナヘッド101と導通し
ている金属部分とフレーム検知用ロッド103との間に
交流100Vを印可し、その間に流れる微小電流を測定
するようになっている。
り増加させれば、改質器3の改質温度を660℃以上
(S/C=2.5の場合)にしても、火炎検知可能なメ
タン濃度が得られるが、その場合は燃料電池6の燃料流
路に水つまりが発生し、水滴による燃料欠を生じること
がある。また、S/C=2.5以下にする場合、制御の
振れによって水蒸気量が減少することがあり、そのよう
な場合一時的にS/Cが設定値より低下することがあ
り、コーキングの原因となる。よって安全を見越してS
/Cは2.5以上で設計することが好ましく、全体を考
慮して、改質温度は660℃以下にするのが望ましい。
質に必要な水を蒸発させるための熱量供給量が低減され
るが、改質温度が同じ場合は、改質ガス中のCO濃度が
増加し、CO低減部に大きな負担が生じ、CO低減部を
大型化する必要が生じる。一方、改質温度を低減するこ
とにより、CO濃度は低減し、CO低減部を大型化する
必要がなくなる。S/C=3.0の場合では、改質温度
を640℃程度以下にすれば、CO低減部を大型化する
必要はなく、CO濃度の点からも、改質温度は640℃
程度以下が望ましい。よって、改質温度は550〜66
0℃、望ましくは600〜640℃程度である。
度)℃)と改質器3出口および燃料電池6出口のガス中
のメタン濃度(%)との関係を示す。表3に、S/C=
2.5の場合の改質器温度)℃)と改質器3出口および
燃料電池6出口のガス中のメタン濃度(%)との関係を
示す。
タン濃度(燃料ガス濃度)は3〜16%であり、燃料電
池6から排出される未反応水素ガス中のメタン濃度(燃
料ガス濃度)は7〜33%であることが判る。
明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発
明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本
発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範
囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。 (実施例1〜3)表4に示す条件で、フレームロッド方
式火炎検知手段を備えた改質器用バーナ12に原燃料を
追加供給することなく未反応水素ガスのみ供給して、本
発明の燃料電池システムGSを運転した結果を表4に合
わせて示す。
ームロッド方式火炎検知手段あるいは熱電対を備えた改
質器用バーナ12に原燃料を追加供給することなく未反
応水素ガスのみ供給して、比較のための燃料電池システ
ムGSを運転した結果を表4に合わせて示す。
式火炎検知手段(100V交流印加電圧で約2〜5μア
ンペアを検知)による火炎検知が可能であった。それに
対して比較例1、2、4においてはメタン濃度が低いた
めフレームロッド方式火炎検知手段による火炎検知が非
常に困難で、安定した電流が得られなかった。安定した
電流を得るためにはライン13から原燃料を追加混入す
る必要があった。一方、熱電対方式を採用した比較例3
においては、温度による火炎検知が可能であったが、径
0.5mmのインコロイ製シース熱電対を使用したため
非常に高価であり、耐熱超合金製インコロイでも裸火さ
らしていると約350時間で切れてしまい、火炎検出が
不可能になった。
ムは、炭化水素系燃料を水素に改質する改質器と、一酸
化炭素を変成するCO変成器と、一酸化炭素を除去する
CO除去器と、水素によって発電する燃料電池と、燃料
電池から排出される水素ガスを燃焼して前記改質器の改
質反応に必要な熱量を供給する改質器用バーナを備えた
燃料電池システムであって、前記改質器用バーナにフレ
ームロッド方式火炎検知手段を備えるとともに火炎検知
可能な量の燃料ガスを含む水素ガスを供給するので、比
較的簡単なシステムであるフレームロッド方式を採用し
ても、改質器用バーナに原燃料を追加供給する必要がな
く、改質器用バーナにおける安定燃焼の監視や制御など
や失火の検出などを行うことができる上、システムを簡
素化、簡易化でき、かつ、耐久性が高く、高効率で信頼
性の高い燃料電池システムを提供できるという顕著な効
果を奏する。改質器用バーナに原燃料を追加供給する必
要がないので、熱バランスが崩れ、効率が低下するのを
抑制でき、システムを簡素化できる。フレームロッド方
式火炎検知手段は高価で耐久性に問題のある熱電対方式
と異なり、安価で信頼性が高い。
は、炭化水素系燃料を水素に改質する改質器と、一酸化
炭素を変成するCO変成器と、一酸化炭素を除去するC
O除去器と、起動時や停止時に各反応器が安定するまで
水素を燃料電池に供給せず排熱を回収するために燃焼す
るバーナと、水素によって発電する燃料電池と、燃料電
池から排出される水素ガスを燃焼して前記改質器の改質
反応に必要な熱量を供給する改質器用バーナを備えた燃
料電池システムであって、前記各バーナにフレームロッ
ド方式火炎検知手段を備えるとともに火炎検知可能な量
の燃料ガスを含む水素ガスを供給するので、比較的簡単
なシステムであるフレームロッド方式を採用しても、各
バーナに原燃料を追加供給する必要がなく、各バーナに
おける安定燃焼の監視や制御などや失火の検出などを行
うことができる上、システムを簡素化、簡易化でき、か
つ、耐久性が高く、高効率で信頼性の高い燃料電池シス
テムを提供できるという顕著な効果を奏する。各バーナ
に原燃料を追加供給する必要がないので、熱バランスが
崩れ、効率が低下するのを抑制でき、システムを簡素化
できる。フレームロッド方式火炎検知手段は高価で耐久
性に問題のある熱電対方式と異なり、安価で信頼性が高
い。
式火炎検知手段を備えた燃料電池システムは、請求項1
あるいは請求項2記載の燃料電池システムにおいて、改
質器に使用する改質触媒が少なくともRuおよび/また
はRhよりなる貴金属系改質触媒であるので、請求項1
あるいは請求項2記載の燃料電池システムと同じ効果を
奏するとともに、ニッケル系触媒の場合、改質温度を低
減させると反応速度が低下し、平衡ガス組成を得るため
には触媒量を増加させねばならず、GHSVを向上でき
ず、さらにコーキングし易くS/C=3.5以上に維持
する必要があり、水蒸気の蒸発潜熱に多大の熱量を投入
しなければならず、効率の低下になっていたが、GHS
Vが1000h-1、かつ700℃以下の低温領域でも平
衡ガス組成が得られ、改質器を小型化でき、また耐コー
キング性が良好でS/C=3.5以下においてもコーキ
ングがなく、高効率となるというさらなる顕著な効果を
奏する。Ruおよび/またはRhよりなる貴金属系改質
触媒を用い改質温度を低減することによりCO濃度が低
くなるためCO除去器の負担が低減されるというさらな
る顕著な効果を奏する。Ruおよび/またはRhよりな
る貴金属系改質触媒を用い改質温度を低減することによ
り、改質器出口のガス中の燃料ガス濃度が高くなり、燃
料電池の燃料利用率が70%の場合、CO除去器出口
(燃料電池入口)のガス中の燃料ガス濃度が約3%と高
くなり、燃料電池出口の未反応水素ガス中の燃料ガス濃
度が約7%と高くなり、このガスをフレームロッド方式
火炎検知手段を備えたバーナに供給すれば、バーナに原
燃料を追加供給しないで、バーナにおける安定燃焼の監
視や制御などや失火の検出などを行うことができる。
式火炎検知手段を備えた燃料電池システムは、請求項3
記載の燃料電池システムにおいて、改質器の出口ガス中
の燃料ガス濃度が3〜16容量%であるので、請求項3
記載の燃料電池システムと同じ効果を奏するとともに、
バーナにおける安定燃焼の監視や制御などや失火の検出
などをより確実に行うことができるというさらなる効果
を奏する。
式火炎検知手段を備えた燃料電池システムは、請求項1
から請求項4のいずれかに記載の燃料電池システムにお
いて、燃料電池から排出される水素ガス中の燃料ガス濃
度が7〜33容量%であるので、請求項1〜4記載の燃
料電池システムと同じ効果を奏するとともに、バーナに
おける安定燃焼の監視や制御などや失火の検出などをよ
り確実に行うことができるというさらなる効果を奏す
る。
ン濃度(%)を示す。
ン濃度(%)を示す。
置した1例を示す説明図である。
を設置した例を示す説明図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 炭化水素系燃料を水素に改質する改質器
と、一酸化炭素を変成するCO変成器と、一酸化炭素を
除去するCO除去器と、水素によって発電する燃料電池
と、燃料電池から排出される水素ガスを燃焼して前記改
質器の改質反応に必要な熱量を供給する改質器用バーナ
を備えた燃料電池システムであって、 前記改質器用バーナにフレームロッド方式火炎検知手段
を備えるとともに火炎検知可能な量の燃料ガスを含む水
素ガスを供給することを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項2】 炭化水素系燃料を水素に改質する改質器
と、一酸化炭素を変成するCO変成器と、一酸化炭素を
除去するCO除去器と、起動時や停止時に各反応器が安
定するまで水素を燃料電池に供給せず排熱を回収するた
めに燃焼するバーナと、水素によって発電する燃料電池
と、燃料電池から排出される水素ガスを燃焼して前記改
質器の改質反応に必要な熱量を供給する改質器用バーナ
を備えた燃料電池システムであって、 前記各バーナにフレームロッド方式火炎検知手段を備え
るとともに火炎検知可能な量の燃料ガスを含む水素ガス
を供給することを特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項3】 改質器に使用する改質触媒が少なくとも
Ruおよび/またはRhよりなる貴金属系改質触媒であ
ることを特徴とする請求項1あるいは請求項2記載の燃
料電池システム。 - 【請求項4】 改質器の出口ガス中の燃料ガス濃度が3
〜16容量%であることを特徴とする請求項3記載の燃
料電池システム。 - 【請求項5】 燃料電池から排出される水素ガス中の燃
料ガス濃度が7〜33容量%であることを特徴とする請
求項1から請求項4のいずれかに記載の燃料電池システ
ム。
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