JP4855688B2 - 燃料電池発電システム - Google Patents
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Description
燃料電池発電システム1の起動時に、ブロワ31が起動すると、燃料hは、まず、燃料供給ライン11の脱硫器58に導入される。燃料hは、脱硫器58で硫黄化合物が吸着除去される。脱硫された燃料hは、燃料供給ライン11内を改質部21に向かって流れると共に燃焼用ガス供給ライン14内をバーナー部25に向かって流れる。起動時、マスフローコントローラ32は制御装置4からの信号i2を受信して弁が閉になっており、マスフローコントローラ38は制御装置4からの信号i4を受信して弁が開になっている。したがって、起動直後は、バーナー部25のみに燃料hが供給される。
CH4+H2O→3H2+CO ・・・(1)
なお、本実施の形態では、燃料hにメタンを使用している。また、水蒸気改質反応の際、改質部21の温度は、約550〜800℃に達する。混合改質ガスrには、水素が70体積%程度、一酸化炭素が10体積%程度、その他上記(1)式に示していないガスが含まれている。
CO+H2O→H2+CO2 ・・・(2)
変成反応の際、変成部22の温度は、約160℃〜280℃となっている。変成反応は発熱反応であり、変成反応によって発生した熱は水蒸気発生部24に供給される。変成部22での発熱でプロセス水pの気化熱を賄うことができる場合は、水蒸気発生部24の加熱手段が停止され、賄うことができない場合は、加熱手段も併用される。変成部22における変成反応により、混合改質ガスr中の一酸化炭素濃度は、5000〜10000ppm程度にまで低減される。
2CO+O2→2CO2 ・・・(3)
選択酸化反応の際、選択酸化部23の温度は、約100℃〜250℃となっている。選択酸化部23における選択酸化反応により、改質ガスg中の一酸化炭素濃度は、10ppm以下程度となる。選択酸化部23で生成された改質ガスgは、燃料電池3へ向けて、改質ガスライン16を流れていく。
2H2 → 4H+ + 4e− ・・・(4)
O2 + 4H+ + 4e− → 2H2O ・・・(5)
この電気化学的反応によって発電し、発熱すると共に水分が生成される。さらに説明を加えると、燃料極側の電子が外部電気回路を通って酸化剤極側に移動する際に電力を得ることができる。燃料極側の水素イオンは固体高分子膜を通過して酸化剤極側に移動し、酸素と結合して水分が発生する。この電気化学的反応は発熱反応である。
2 燃料処理装置
3 燃料電池
12 選択酸化ガス供給ライン
16 改質ガスライン
18 ブリードガス供給ライン
21 改質部
23 選択酸化部
33 圧送機
34 閉止手段
48 流量計測手段
51 流量調整機構
56 活性炭フィルタ
g 改質ガス
h 燃料
k 酸素含有ガス
k1 第1の酸素含有ガス
k2 第2の酸素含有ガス
r 混合改質ガス
Claims (4)
- 炭化水素系燃料を導入して水素に富む改質ガスを生成する燃料処理装置であって、該炭化水素系燃料を改質して一酸化炭素を含み水素に富む混合改質ガスを生成する改質部と、該混合改質ガスに含まれる一酸化炭素濃度を低減して前記改質ガスを生成する選択酸化部とを有する燃料処理装置と;
前記改質ガスを導入して発電する燃料電池と;
前記燃料処理装置で生成された改質ガスを前記燃料電池に導く改質ガスラインと;
酸素含有ガスを前記選択酸化部及び前記改質ガスラインに向けて圧送する圧送機であって、吐出流量が可変に構成された圧送機と;
前記圧送機で圧送される酸素含有ガスから分流された第1の酸素含有ガスと第2の酸素含有ガスのうち前記第1の酸素含有ガスを前記選択酸化部に送る選択酸化ガス供給ラインと;
前記第2の酸素含有ガスを前記改質ガスラインに導くブリードガス供給ラインであって、前記第2の酸素含有ガスの流量が前記第1の酸素含有ガスの流量に対して1/6〜1/7の流量となるように調整する流量調整機構を有するブリードガス供給ラインと;
前記選択酸化部に導入される前記第1の酸素含有ガスの流量が、前記改質部に導入された前記炭化水素系燃料の流量から算出された前記改質ガスの流量の2〜10体積%となるように前記圧送機の吐出流量を制御する制御装置とを備える;
燃料電池発電システム。 - 前記流量調整機構が固定オリフィスである;
請求項1に記載の燃料電池発電システム。 - 前記改質部に導入される前記炭化水素系燃料の流量を計測するマスフローコントローラを備え;
前記選択酸化ガス供給ラインが、前記第1の酸素含有ガスの流れを止める閉止手段と前記第1の酸素含有ガスの流量を計測する流量計測手段とを有し;
前記制御装置が、前記マスフローコントローラから受信した前記炭化水素系燃料の流量信号から、前記燃料処理装置において生成される前記改質ガスの流量を算出する;
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池発電システム。 - 前記圧送機の吸込み側に活性炭フィルタを備える;
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池発電システム。
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