JP3659276B2 - 燃料電池装置 - Google Patents
燃料電池装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3659276B2 JP3659276B2 JP17323496A JP17323496A JP3659276B2 JP 3659276 B2 JP3659276 B2 JP 3659276B2 JP 17323496 A JP17323496 A JP 17323496A JP 17323496 A JP17323496 A JP 17323496A JP 3659276 B2 JP3659276 B2 JP 3659276B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust gas
- cathode
- anode
- reformer
- air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はアノードガスを生成する改質器に燃焼用空気を供給する設備を有する燃料電池装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
溶融炭酸塩型燃料電池はアノードとカソードとからなり、次のような電極反応が行われる。
アノード反応(負極反応)
H2 +CO3 2-→H2 O+CO2 +2e …(1)
カソード反応(正極反応)
CO2 +1/2O2 +2e→CO3 2- …(2)
【0003】
アノードでは、(1)式により水素ガスとCO3 2-とから水と炭酸ガスと電荷が生成され、カソードでは、(2)式により炭酸ガスと酸素と電荷とからCO3 2-が生成される。(1)式右辺はアノードから排出されるアノード排ガスの成分を表しており、炭酸ガスが含まれている。また(2)式左辺はカソードに供給されるカソードガスの成分を表しており、同じく炭酸ガスが含まれている。このためアノード排ガスの炭酸ガスをカソードに供給するようにしている。
【0004】
この供給方法としては、アノード排ガスにはアノード反応が行われなかった燃焼可能成分が含まれているので、改質器で燃焼させ燃料ガスをアノードガスに改質する熱源とする。この燃焼排ガスに空気を混合しカソードガスを生成してカソードに供給する。また、カソード排ガスにはカソード反応が行われなかった酸素が含まれており、これらは高温であるのでアノード排ガスを燃焼するに必要な酸素供給源として使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池は電力を供給する最低負荷を、例えば定格出力の30%というように設定してあり、最低負荷から定格負荷間は、アノードにおける未反応分と改質器の燃焼に必要な熱量との熱バランスがとれているが、無負荷から最低負荷までの負荷上昇過程では負荷に対して燃料が過剰となる。このため改質器の熱源となるアノード排ガスの量が過剰になり改質器が過熱してしまうので、過剰なアノード排ガスを系外に排出している。しかし過熱を抑えるため過剰なアノード排ガスを排出するとカソードに送られる炭酸ガスの量が減少し安定した出力上昇ができなくなるという問題が発生していた。
【0006】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、無負荷から最低負荷までの負荷上昇過程においても炭酸ガスをカソードに適切に供給することにより、負荷上昇を安定して行う燃料電池装置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、請求項1の発明では、酸素を含むカソードガスの供給を受けるカソードと水素を含むアノードガスの供給を受けるアノードとからなる燃料電池と、この燃料電池のアノード排ガスを燃焼する燃焼室と、水蒸気を含む燃料ガスをアノードガスに改質する改質室とを有する改質器と、この改質器の燃焼室からの燃焼排ガスによりこの改質器の燃焼室へ供給する燃焼用空気を加熱する空気予熱器と、この空気予熱器を通過した燃焼排ガスに空気を混合してカソードガスとしカソードに供給するカソードガスラインと、前記燃料電池のアノード排ガスを改質器の燃焼室に供給するアノード排ガスラインと、このアノード排ガスラインより分岐しアノード排ガスを排出するアノード排ガス分岐ラインと、前記空気予熱器を通過する燃焼用空気を分岐して改質器の燃焼室へ供給する空気分岐ラインと、を備え、前記空気分岐ラインの分岐量を制御して改質器の燃焼室へ供給される燃焼用空気温度を制御し、この温度に応じて前記アノード排ガス分岐ラインの分岐量を制御する。
【0008】
改質器でアノード排ガスを燃焼するのに使用する燃焼用空気を空気予熱器により改質器の燃焼排ガスで予熱して供給するが、無負荷から最低負荷までの負荷上昇過程においては、空気予熱器を通過する燃焼用空気を空気分岐ラインにより分岐して予熱されない低温の空気を改質器へ供給する。これにより燃焼用空気の顕熱が低下するので、その分改質器へ供給するアノード排ガス量を増大させ、この燃焼排ガスに含まれる炭酸ガスをカソードに供給することにより、カソードにおける炭酸ガスの不足を防止し安定した出力上昇を行うことができる。このため空気分岐ラインの分岐量を制御して改質器へ供給される燃焼用空気温度を制御し、この温度に応じてアノード排ガス分岐ラインの分岐量を制御して、改質器が過熱せずかつカソードに適切な量の炭酸ガスを供給することができる。
【0009】
請求項2の発明では、酸素を含むカソードガスの供給を受けるカソードと水素を含むアノードガスの供給を受けるアノードとからなる燃料電池と、この燃料電池のアノード排ガスをカソード排ガスの一部で燃焼する燃焼室と、その熱で水蒸気を含む燃料ガスをアノードガスに改質する改質室とを有する改質器と、前記燃料電池のカソード排ガスの一部を改質器の燃焼室へ供給するカソード排ガスラインと、前記改質器の燃焼室の燃焼排ガスに空気を混合してカソードガスとしカソードに供給するカソードガスラインと、前記カソード排ガスラインに設けられ改質器の燃焼室へ供給するカソード排ガスを分岐して排出する排出ラインと、前記改質器の燃焼室へ燃焼用空気を供給する空気ラインと、を備え、前記燃料電池の負荷が所定値より低いときは、前記排出ラインより改質器の燃焼室へ供給されるカソード排ガスを系外へ排出し、前記空気ラインより燃焼用空気を改質器の燃焼室へ供給する。
【0010】
請求項2の発明では、改質器でアノード排ガスを燃焼させる酸素源としてカソード排ガスを用いている。無負荷から最低負荷までの負荷上昇過程においては、カソード排ガスラインより供給されるカソード排ガスを全て排出ラインより系外に排出してしまい、空気ラインから低温の空気を供給する。この空気量はアノード排ガスの燃焼によって改質器が過熱しない量とする。本発明は改質器の過熱を防止するためアノード排ガスの供給を少なくするという方法を用いていないのでカソードで炭酸ガスが不足するということは生じない。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は第1実施の形態を示す機器配管図である。燃料電池1はカソードCとアノードAより構成される。改質器2は、燃料ガスライン9より水蒸気を含む燃料ガス(天然ガスがよく用いられる)を供給され、改質触媒によりアノードガスを生成しアノードガス供給ライン10によりアノードAに供給する改質室Reと、アノード排ガスライン5より供給されるアノード排ガスを燃焼用空気により燃焼して高温の燃焼排ガスを発生しこの発生熱で改質室Reを加熱する燃焼室Coより構成される。
【0012】
空気予熱器3は改質器2の燃焼室Coへ供給する燃焼用空気を燃焼室Coから排出される燃焼排ガスで加熱する。このため空気予熱器3には燃焼用空気ライン7が接続され、さらに、燃焼排ガスに空気を混合しカソードガスを生成しカソードCに供給するカソードガスライン4が接続している。燃焼用空気ライン7には空気予熱器3をバイパスする空気分岐ライン8が設けられている。空気分岐ライン8にはバイパスする空気流量を調節する流量調節弁12が設けられ、燃焼室Co内へ供給される燃焼用空気の温度が所定の温度となるように空気流量を調節する。アノード排ガスライン5にはアノード排ガス分岐ライン6が設けられ、アノード排ガスを分岐して系外に排出する。アノード排ガス分岐ライン6には流量調節弁11が設けられ排出するアノード排ガス量を制御する。
【0013】
次に動作について説明する。本燃料電池1は定格出力の、例えば、30%を最低負荷とする。先ず無負荷より最低負荷までの動作について説明する。最低負荷とは発電装置として正常に動作する最低の負荷であり、燃料ガス、改質器燃焼用燃料であるアノード排ガス、改質器に必要な熱量との熱バランスがとれている。そのとき各系統を流れるガス等はこの最低負荷時の流量が流れるように制御されている。このため、起動すると燃料ガスライン9より最低負荷に相当する燃料ガスと水蒸気が改質器2の改質室Reに送られ、改質されてアノードガスとなり、アノードガス供給ライン10によりアノードに供給される。アノードAではアノード反応によりアノード排ガスが発生し、アノード排ガスライン5より改質器2の燃焼室Coに供給される。しかし、燃料電池1の出力が最低負荷に達していない間は、負荷に対して燃料ガスが過剰であるので、改質器に必要な熱量以上にアノード排ガス中の未反応可燃成分が多くなる。このためアノード排ガスの全量を改質器2に供給すると燃焼用燃料として過剰となり、燃焼室Coが過熱する。
【0014】
このためアノード排ガス分岐ライン6によりアノード排ガスを分岐して系外に排出する。しかし、このようにしただけでは、燃焼室Coからの燃焼排ガスも少なくなり、この燃焼排ガスにカソードガスライン4で空気を混合してカソードガスが生成されカソードCに供給されるので、アノード排ガスの供給が少なくなると燃焼排ガスに含まれる炭酸ガスが不足し、カソードCに十分な炭酸ガスが供給されなくなり正常なカソード反応ができなくなる。このため空気予熱器3を通る燃焼用空気ライン7の空気を、空気予熱器3をバイパスし予熱しない状態で顕熱を低くして燃焼室Coに供給する。これによりアノード排ガス分岐ライン6の系外放出量を少なくし、燃焼室Coへ供給するアノード排ガスを増加させ、カソードガスの炭酸ガス含有量を多くし、カソードCにおける炭酸ガス利用率を低下させ、負荷上昇速度を大きくし、安定した運転を行うことが可能になる。
【0015】
空気分岐ライン8は燃焼室Coへ供給する空気の温度を検出して、所定の温度となるよう流量調節弁12を制御する。またアノード排ガス分岐ライン6では流量調節弁11を調節して、燃焼室Coで発生する燃焼排ガスより生成するカソードガスの炭酸ガス含有量が不足しないように分岐ガス流量を制御する。最低負荷に相当する燃料ガス量で改質器の熱バランスのとれる負荷に達した後は、アノード排ガス分岐ライン6からの分岐量を少なくして零としてゆき、空気分岐ライン8の分岐量も同様に零にしてゆく。
【0016】
次に第2実施の形態について説明する。図2は第2実施の形態を示す機器配管図である。燃料電池21はカソードCとアノードAより構成される。改質器22は、燃料ガスライン27より水蒸気を含む燃料ガス(天然ガスがよく用いられる)を供給され、改質触媒によりアノードガスを生成しアノードガス供給ライン28によりアノードAに供給する改質室Reと、アノード排ガスライン29より供給されるアノード排ガスを燃焼用空気により燃焼して高温の燃焼排ガスを発生しこの発生熱で改質室Reを加熱する燃焼室Coより構成される。
【0017】
カソードCからのカソード排ガスの一部は、カソード排ガスライン23により燃焼室Coに供給されアノード排ガスを燃焼する酸素源となる。燃焼室Coで発生する燃焼排ガスはカソードガスライン24で空気と混合してカソードガスとなりカソードCに供給される。カソード排ガスライン23にはカソード排ガス分岐ライン25が設けられ、カソード排ガスを系外に排出する。また燃焼室Coには空気ライン26が設けられ、カソード排ガスに代わる低温酸素源となる。カソード排ガスライン23には遮断弁30、カソード排ガス分岐ライン25には遮断弁31、空気ライン26には遮断弁32が設けられている。
【0018】
次に動作について説明する。燃料電池21は定格出力の30%を最低負荷とし、無負荷より最低負荷までの動作について説明する。最低負荷とは発電装置として正常に動作する最低の負荷であり、燃料ガス、改質器燃焼用燃料であるアノード排ガス、改質器に必要な熱量との熱バランスがとれている。そのとき各系統を流れるガス等はこの最低負荷時の流量が流れるように制御されている。このため、起動すると燃料ガスライン27より最低負荷に相当する燃料ガスと水蒸気が改質器22の改質室Reに送られ、改質されてアノードガスとなり、アノードガス供給ライン28によりアノードAに供給される。アノードAではアノード反応によりアノード排ガスが発生し、アノード排ガスライン29より改質器22の燃焼室Coに供給される。しかし、燃料電池21の出力が最低負荷に達していない間は、負荷に対して燃料ガスが過剰であるので、改質器に必要な熱量以上にアノード排ガス中の未反応可燃成分が多くなる。このためアノード排ガスの全量を改質器22に供給すると燃焼用燃料として過剰となり、燃焼室Coが過熱する。
【0019】
このため従来は第1実施の形態に示すようにアノード排ガスを分岐して系外に排出していたが、本実施の形態ではカソード排ガスライン23の遮断弁30を閉とし、カソード排ガス分岐ライン25の遮断弁31を開としてカソード排ガスの燃焼室Coへの供給を止め、遮断弁32を開として空気ライン26より空気を供給する。これにより高温のカソード排ガスに代えて低温の空気が供給されるため、アノード排ガスの供給を制限しなくても燃焼室Coの過熱を防止することができる。また、アノード排ガスの供給を制限していないので、燃焼室Coから排出される燃焼排ガスに含まれる炭酸ガスの量は減少せず、カソードCに供給される炭酸ガスも不足しない。これにより、カソードCにおける炭酸ガス利用率を低下させ、負荷上昇速度を大きくし、安定した運転を行うことが可能になる。
【0020】
このようにして最低負荷まで出力が上昇すると遮断弁30を開とし、遮断弁31を閉にしてカソード排ガスの供給を開始し、これに応じて遮断弁32を閉じて空気の供給を停止する。以降この状態で所定の負荷まで出力上昇して定常運転を行う。
【0021】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は、起動時より最低負荷となるまでの期間にアノード排ガスの改質器への供給を減少させず低温の空気を供給して改質器の過熱を防止し、かつカソードへの炭酸ガスの供給を適切に行う。これによりカソード入口の炭酸ガス濃度が上がるため、電池のセル電圧が上昇し、負荷上昇速度が上げられ、安定した運転ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施の形態を示す機器配管図である。
【図2】 本発明の第2実施の形態を示す機器配管図である。
【符号の説明】
1 燃料電池
2 改質器
3 空気予熱器
4 カソードガスライン
5 アノード排ガスライン
6 アノード排ガス分岐ライン
7 燃焼用空気ライン
8 空気分岐ライン
9 燃料ガスライン
10 アノードガス供給ライン
11,12 流量調節弁
21 燃料電池
22 改質器
23 カソード排ガスライン
24 カソードガスライン
25 カソード排ガス分岐ライン
26 空気ライン
27 燃料ガスライン
28 アノードガス供給ライン
29 アノード排ガスライン
30,31,32 遮断弁
Claims (2)
- 酸素を含むカソードガスの供給を受けるカソードと水素を含むアノードガスの供給を受けるアノードとからなる燃料電池と、
この燃料電池のアノード排ガスを燃焼する燃焼室と、水蒸気を含む燃料ガスをアノードガスに改質する改質室とを有する改質器と、
この改質器の燃焼室からの燃焼排ガスによりこの改質器の燃焼室へ供給する燃焼用空気を加熱する空気予熱器と、
この空気予熱器を通過した燃焼排ガスに空気を混合してカソードガスとしカソードに供給するカソードガスラインと、
前記燃料電池のアノード排ガスを改質器の燃焼室に供給するアノード排ガスラインと、
このアノード排ガスラインより分岐しアノード排ガスを排出するアノード排ガス分岐ラインと、
前記空気予熱器を通過する燃焼用空気を分岐して改質器の燃焼室へ供給する空気分岐ラインと、を備え、
前記空気分岐ラインの分岐量を制御して改質器の燃焼室へ供給される燃焼用空気温度を制御し、この温度に応じて前記アノード排ガス分岐ラインの分岐量を制御する
ことを特徴とする燃料電池装置。 - 酸素を含むカソードガスの供給を受けるカソードと水素を含むアノードガスの供給を受けるアノードとからなる燃料電池と、
この燃料電池のアノード排ガスをカソード排ガスの一部で燃焼する燃焼室と、その熱で水蒸気を含む燃料ガスをアノードガスに改質する改質室とを有する改質器と、
前記燃料電池のカソード排ガスの一部を改質器の燃焼室へ供給するカソード排ガスラインと、
前記改質器の燃焼室の燃焼排ガスに空気を混合してカソードガスとしカソードに供給するカソードガスラインと、
前記カソード排ガスラインに設けられ改質器の燃焼室へ供給するカソード排ガスを分岐して排出する排出ラインと、
前記改質器の燃焼室へ燃焼用空気を供給する空気ラインと、を備え、
前記燃料電池の負荷が所定値より低いときは、前記排出ラインより改質器の燃焼室へ供給されるカソード排ガスを系外へ排出し、前記空気ラインより燃焼用空気を改質器の燃焼室へ供給する
ことを特徴とする燃料電池装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17323496A JP3659276B2 (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 燃料電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17323496A JP3659276B2 (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 燃料電池装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1021945A JPH1021945A (ja) | 1998-01-23 |
JP3659276B2 true JP3659276B2 (ja) | 2005-06-15 |
Family
ID=15956645
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17323496A Expired - Fee Related JP3659276B2 (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 燃料電池装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3659276B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4464474B2 (ja) * | 1998-06-25 | 2010-05-19 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム、燃料電池車両及び燃料電池制御方法 |
KR101352198B1 (ko) * | 2011-12-27 | 2014-01-16 | 포스코에너지 주식회사 | 연료전지 하이브리드 시스템 |
KR20230011393A (ko) | 2018-03-16 | 2023-01-20 | 퓨얼셀 에너지, 인크 | 고온 연료전지를 이용해서 수소를 생성하기 위한 시스템 및 방법 |
-
1996
- 1996-07-03 JP JP17323496A patent/JP3659276B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1021945A (ja) | 1998-01-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8728675B2 (en) | Fuel cell system | |
JP6504267B2 (ja) | 燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法 | |
JP2003226507A (ja) | 燃料処理装置の急速始動のための段階化リーン燃焼 | |
EP3392949B1 (en) | Control method for fuel cell system and fuel cell system | |
JP2007066551A (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 | |
JP6835230B2 (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池システムの暖機方法 | |
JP3659276B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
JP4404559B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
JP7156546B2 (ja) | 燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法 | |
JP3997264B2 (ja) | 燃料電池コージェネレーションシステム | |
JP2533616B2 (ja) | 燃料電池用触媒燃焼器の燃焼制御装置 | |
JPH07208200A (ja) | タービンコンプレッサ用燃焼装置と燃焼方法 | |
JP2741580B2 (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池システム | |
JPH04284365A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
JP3728742B2 (ja) | 燃料電池設備 | |
JPH0697618B2 (ja) | 燃料電池発電装置 | |
JP4158131B2 (ja) | 燃料電池発電装置 | |
JPS6348774A (ja) | 燃料改質器の燃焼ガス制御装置 | |
JPH0810601B2 (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池発電プラント | |
JPH11339829A (ja) | りん酸型燃料電池発電装置 | |
JPS60167275A (ja) | 燃料電池プラント改質器の温度制御装置 | |
JP2002124288A (ja) | 燃料電池発電装置とその起動方法 | |
JPS60212971A (ja) | 燃料電池発電システム及びその起動方法 | |
JP2004079187A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
JPH06251789A (ja) | 燃料電池発電設備の温度制御方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040802 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041207 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050201 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050223 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050308 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080325 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080325 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090325 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |