JP5353133B2 - 発電システム - Google Patents
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Description
H2→2H++2e-・・・(A)
2H++1/2O2+2e-→H2O・・・(B)
以上のように、上記(A)、(B)に示す電気化学反応が起こることにより電力が生成される。
CO2+H2→CO+H2O・・・(C)
上流側から下流側に流れる燃料を水素に改質する改質器と、
前記改質器に燃料を供給する燃料供給部と、
前記改質器で生成された水素により発電する燃料電池と、
前記改質器に設けられ、前記改質器の上流側と下流側との間に配列された複数の電熱ヒータと、
前記複数の電熱ヒータに対応して設けられ、対応する電熱ヒータの温度を検出する複数の温度検出部と、
前記複数の電熱ヒータを対応する温度検出部による検出温度に基づきフィードバック制御して、前記複数の電熱ヒータの温度をそれぞれの設定温度に保たせる制御部と、を備え、
前記制御部が、前記燃料電池への要求電力が低減されたとき、前記燃料供給部による供給流量を低減させるとともに、前記複数の電熱ヒータの設定温度を下流側から上流側の順に低減させることを特徴とする。
前記燃料電池の電力値を検出する電力検出部を更に備え、
前記制御部が前記複数の電熱ヒータの設定温度を低減させる処理は、前記複数の電熱ヒータのうち一の電熱ヒータの設定温度を低減させた後、前記一の電熱ヒータの設定温度を低減させる前の前記電力検出部により検出された電力値と前記一の電熱ヒータの設定温度を低減させた後の前記電力検出部により検出された電力値との変化量が所定閾値以上である場合に、当該一の電熱ヒータの設定温度を更に低減させることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1に記載の発電システムにおいて、
前記燃料電池の電力値を検出する電力検出部を更に備え、
前記制御部が前記複数の電熱ヒータの設定温度を低減させる処理は、前記複数の電熱ヒータのうち一の電熱ヒータの設定温度を低減させた後、前記一の電熱ヒータの設定温度を低減させる前の前記電力検出部により検出された電力値と前記一の電熱ヒータの設定温度を低減させた後の前記電力検出部により検出された電力値との変化量が所定閾値未満である場合に、当該一の電熱ヒータの上流側に設けられた他の電熱ヒータの設定温度を低減させることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の発電システムにおいて、
前記改質器は、水素を燃焼させる触媒燃焼器を備えることを特徴とする。
請求項5の発明は、
上流側から下流側に流れる燃料を水素に改質する改質器と、
前記改質器に燃料を供給する燃料供給部と、
前記改質器で生成された水素により発電する燃料電池と、
前記改質器に隣接して配置され、前記改質器の上流側に対応する上流部から前記改質器の下流側に対応する下流部に流れる水素を燃焼させる触媒燃焼器と、
前記触媒燃焼器の上流部と下流部との間の複数箇所にそれぞれ供給する空気の流量を制御する複数の流量制御バルブと、
前記複数の流量制御バルブの開度を制御する制御部と、を備え、
前記制御部が、前記燃料電池への要求電力が低減されたとき、前記燃料供給部による供給流量を低減させるとともに、前記複数の流量制御バルブの開度を下流から上流側の順に小さくすることを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項5に記載の発電システムにおいて、
前記燃料電池の電力を検出する電力検出部を更に備え、
前記制御部が前記複数の流量制御バルブの開度を小さくする処理は、前記複数の流量制御バルブのうち一の流量制御バルブの開度を小さくした後、前記一の流量制御バルブの開度を小さくする前の前記電力検出部により検出された電力値と前記一の流量制御バルブの開度を小さくした後の前記電力検出部により検出された電力値との変化量が所定閾値以上である場合に、当該一の流量制御バルブの開度を更に低減させることを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項5に記載の発電システムにおいて、
前記燃料電池の電力値を検出する電力検出部を更に備え、
前記制御部が前記複数の流量制御バルブの開度を小さくする処理は、前記複数の流量制御バルブのうち一の流量制御バルブの開度を小さくした後、前記一の流量制御バルブの開度を小さくする前の前記電力検出部により検出された電力値と前記一の流量制御バルブの開度を小さくした後の前記電力検出部により検出された電力値との変化量が所定閾値未満である場合に、当該一の流量制御バルブの上流側に空気を供給する他の流量制御バルブの開度を低減させることを特徴とする。
《第一の実施の形態》
[改質器]
図1は、改質器100の斜視図であり、図2は、図1の切断線II−IIに沿って切断した際の矢視断面図であり、図3は、第一の流路基板1の上面図であり、図4は、第二の流路基板2の上面図であり、図5は、第二の流路基板2の下面図である。
改質器100は、第一の流路基板1と、第一の流路基板1の上面に重ね合わせて接合した第二の流路基板2とを備えている。
第一及び第二の流路基板1,2は、例えば、金属、セラミック、シリコン、アルミニウム又はガラスの材料を板状に形成したものである。第一及び第二の流路基板1,2は、上から見て、矩形状に形成されている。
第一の流路基板1の上面(第二の流路基板2との接合面)には、第一の流路溝11が凹設されている。第一の流路溝11が蛇行した状態に形成され、第一の流路溝11の両端部11a,11bがいずれも第一の流路基板1の一側面1aまで至っている。
第二の流路基板2の下面(第一の流路基板1との接合面)には、第二の流路溝21が凹設されている。第二の流路溝21が蛇行した状態に形成され、第二の流路溝21の両端部21a,21bも第二の流路基板2の一側面2aに至っている。第一の流路溝11と第二の流路溝21とは流路基板1,2の接合面に関して対称な形状を呈し、第一の流路基板1及び第二の流路基板2が互いに接合された状態では、第一の流路溝11と第二の流路溝21が重なり合っている。こうして、第一の流路溝11及び第二の流路溝21が反応流路4となっている。この反応流路4は、流路基板1,2の接合体の長手方向一端側を上流とし、長手方向他端側を下流としている。反応流路4の両端部が流路基板1,2の一側面1a,2aにおいて開口部を有し、それらの開口部のうち上流側開口に供給管41が接続され、下流側開口に排出管42が接続されている。供給管41及び排出管42は、第一及び第二の流路基板1,2の一側面1a,2aに対して立てた状態に設けられている。
なお、ここでは第一の流路溝11が第一の流路基板1に、第二の流路溝21が第二の流路基板2に形成されるとしたが、第一の流路基板1又は第二の流路基板2の一方のみに流路溝が形成されていても良い。
具体的には、これら複数のサーミスタ兼電熱ヒータ31〜34は、改質器100において、供給管41が設けられた側の端部(この端部は反応流路4の上流側に対応する)から、排出管42が設けられた側の端部(この端部は反応流路4の下流側に対応する)にかけて、サーミスタ兼電熱ヒータ31、サーミスタ兼電熱ヒータ32、サーミスタ兼電熱ヒータ33、サーミスタ兼電熱ヒータ34の順に配列されている。サーミスタ兼電熱ヒータ31〜34は蛇行した状態にそれぞれ形成されている。サーミスタ兼電熱ヒータ31〜34の各両端部31a〜34a,31b〜34bが第二の流路基板2の上面の一側面2aに至っている。また、サーミスタ兼電熱ヒータ31が電気抵抗膜(例えば、金)からなるため電気により発熱し、サーミスタ兼電熱ヒータ31の温度はその電気抵抗率に依存し、所定の温度領域ではサーミスタ兼電熱ヒータ31の温度とその電気抵抗率が正比例の関係にある。そのため、サーミスタ兼電熱ヒータ31は、電熱ヒータとして機能するとともに、温度を電気信号に変換する温度センサとしても機能する。サーミスタ兼電熱ヒータ32〜34についても、それぞれサーミスタ兼電熱ヒータ31と同様である。
次に、上記改質器100を備えた発電システム200について説明する。
図6は、発電システム200の概略構成を示したブロック図である。
この発電システム200は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistant)、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器を動作させるための電源として用いられる。
流量センサSは、燃料容器201から気化器202へ流れる液体の流量を電気信号に変換することで、流量を検出するものである。
開閉バルブV1は、開閉する電磁駆動式バルブである。
気化器202は、燃料容器201から送られた燃料と水を加熱して気化させるものである。気化器202で気化した燃料と水の混合気が、改質器100に送られる。
改質器100は、気化器202から送られた気体状の燃料を水素に改質するものである。具体的には、気化器202から送られた燃料と水の混合気が改質器100の反応流路4を流れて、燃料と水が触媒層12によって反応し、水素、二酸化炭素等が生成される。また、微量な一酸化炭素も生成される。燃料容器201に貯留された燃料がメタノールである場合、改質器100では、次式(1)、(2)のような反応が起こる。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(1)
H2+CO2→H2O+CO …(2)
改質器100で生成された改質ガスが一酸化炭素除去器204に送られる。
流量制御バルブV11は電磁駆動式のバルブであって、エアポンプP2から一酸化炭素除去器204に送られる空気の流量を制御するものである。
流量制御バルブV12は電磁駆動式のバルブであって、エアポンプP2から触媒燃焼器300に送られる空気の流量を制御するものである。
一酸化炭素除去器204においては、改質器204から送られた改質ガスと、エアポンプP2から送られた空気が混合される。一酸化炭素除去器204は、改質ガスのうち一酸化炭素を優先的に酸化させ、それにより一酸化炭素を除去するものである。このとき、一酸化炭素除去器204では、次式(3)のような反応が起こる。
H2O+CO→H2+CO2 …(3)
一酸化炭素除去器204において、一酸化炭素濃度が低減された改質ガス(燃料ガス)が燃料電池205の燃料極に送られる。
H2→2H++2e- ・・・(4)
2H++1/2O2+2e-→H2O ・・・(5)
酸素極を通過した空気は電子機器の外部に排出される。燃料極では燃料ガス中の全ての水素が反応するのではなく、未反応の水素も含まれる。そして、燃料極を通過した燃料ガス(オフガス)は、触媒燃焼器300に送られる。
図7は、発電システム200の回路構成を示したブロック図である。
発電システム200は、図6に示された各機器に加えて、制御部209及び電力検出部207を有する。電力検出部207は、燃料電池205の電力の値を電気信号に変換することで、電力値を検出するものである。なお、電力検出部207としては、DC−DCコンバータを用いることができる。ここでのDC−DCコンバータは、燃料電池205の出力電圧を所定電圧に変換して二次電池に蓄電したり、二次電池に蓄えられた電力を電子機器本体の各部に供給したりする機能を有する。
以下に、制御部209による制御方法とそれに伴う発電システム200全体の動作方法について説明する。
発電システム200が作動し、制御部209がサーミスタ兼電熱ヒータ31〜34に所定量の電流を送ることにより、サーミスタ兼電熱ヒータ31〜34を発熱させる。そうすると、改質器100が加熱される。なお、気化器202も電熱ヒータによって加熱され、一酸化炭素除去器204及び触媒燃焼器300も電熱ヒータによって初期加熱される。
まず、制御部209が電力の設定値を低減する(ステップS1)。ここで、低減後の設定値をPとする。
そして、制御部209は、燃料ポンプP1を制御して、燃料ポンプP1による流量を所定値だけ低下させる(ステップS2)。燃料ポンプP1による流量が低下すると、燃料と水の混合気が反応流路4の入口(供給管41)から出口(排出管42)にまで流動するのに要する時間が長くなる。ここで、反応流路4全体にわたって、温度が一様である場合、上記化学反応式(2)で表される逆シフト反応が進行し、一酸化炭素の上昇を招く。
ステップS4では、制御部209は、最下流側に位置するサーミスタ兼電熱ヒータ34に対する設定温度を所定値だけ下げる。そうすると、制御部209は、サーミスタ兼電熱ヒータ34による検知温度を低減後の設定温度に維持するようサーミスタ兼電熱ヒータ34のフィードバック制御を行う。なお、ステップS4までは、制御部209は、サーミスタ兼電熱ヒータ31〜33に対しては設定温度を低減させずに、フィードバック制御によるサーミスタ兼電熱ヒータ31〜33の定温度制御を行う。
比較の結果、求められた変化量が閾値Pa以上であると制御部209が判断した場合、制御部209の処理がステップS4に戻る。こうして、制御部209はステップS4及びステップS5からなる処理を1回又は複数回行う。ステップS4及びステップS5からなる処理が繰り返されることで、サーミスタ兼電熱ヒータ34の温度が段階的に低下することになる。
一方、比較の結果、検出電力値が設定値Pを超えていると制御部209が判断した場合、制御部209は図8に示されたルーチンを終了する。
図9の符号Cの実線は、要求電力が最大の場合を示している。混合気の改質器100への供給量が最大の時は、サーミスタ兼電熱ヒータ31〜34の温度を一定にする。燃料供給量が多いために、改質反応が完結する位置Eが排出管42側の付近に位置しており、このように加熱することで燃料の全量を反応させることができる。
一方、図9の符号Dの点線は要求電力が最小の場合を示している。混合気の改質器100への供給量が最小の時は、燃料の滞留時間が長くなり、上記化学反応式(2)で表される逆シフト反応の増大に伴って、一酸化炭素濃度が上昇する。この場合、改質反応は、上記電力量が最大の時と比べて、反応流路4内におけるより上流側の位置Fで、改質反応が完結する。そして、反応流路4における位置Fより下流側では、上記逆シフト反応による一酸化炭素の生成量が上昇しやすい。そのため、点線Dのように、サーミスタ兼電熱ヒータ31〜34のうち改質反応の完結位置Fより下流側に位置するサーミスタ兼電熱ヒータ(例えば、サーミスタ兼電熱ヒータ34)の温度を下げることにより、反応流路4における位置Fより下流側における逆シフト反応を抑制し、一酸化炭素の濃度を低減することができる。
第二の実施の形態は、改質器100Aの加熱手段として、第一の実施の形態と同様の複数のサーミスタ兼電熱ヒータ31A〜34Aと、改質器100Aに一体に設けられた触媒燃焼器300Aとを併用した場合である。すなわち、サーミスタ兼電熱ヒータ31A〜34Aへの通電により生じる熱と、触媒燃焼器300Aの燃焼反応により生じる熱とが、伝導することによって改質器100Aが加熱される。
図10は、改質器100A及び触媒燃焼器300Aの斜視図であり、図11は、図10の切断線XI−XIに沿って切断した際の矢視断面図であり、図12は、第一の流路基板1Aの上面図であり、図13は、第二の流路基板2Aの上面図であり、図14は、第二の流路基板2Aの下面図であり、図15は、第三の流路基板5Aの下面図である。
改質器100Aの構造は、この改質器100Aの第二の流路基板2A上に触媒燃焼器300Aが一体に設けられている点で第一の実施の形態と異なる。すなわち、第二の流路基板2A上に形成されたサーミスタ兼電熱ヒータ31A〜34Aを覆うように触媒燃焼器300Aが設けられている。なお、第一の実施の形態の改質器100Aと同様の構成部分については同様の数字に英字Aを付してその説明を適宜省略する。
第三の流路基板5Aの下面(改質器100Aの第二の流路基板2Aとの接合面)には、第三の流路溝51Aが凹設されている。第三の流路溝51Aが蛇行した状態に形成され、第三の流路溝51Aの両端部51aA,51bAがいずれも第三の流路基板5Aの一側面5aAまで至っている。
なお、ここでは流路溝51Aが第三の流路基板5Aに形成されるとしたが、第二の流路基板2Aの上面にのみ流路溝を形成しても良いし、第三及び第二の流路基板2A,5Aの両方に流路溝を形成しても良い。
さらに、第三の流路基板5Aの上面には、第三の流路溝51Aにそれぞれ連通する貫通穴511A〜514Aが、厚さ方向に所定間隔に複数形成されている。これら複数の貫通穴511A〜514Aは、改質器300Aにおいて、供給管61Aが設けられた側の端部(この端部は反応流路6Aの上流側に対応する)から、排出管62Aが設けられた側の端部(この端部は反応流路6Aの下流側に対応する)にかけて、貫通穴511A、貫通穴512A、貫通穴513A、貫通穴514Aの順に配列されている。各貫通穴511A〜514Aには、空気供給管63A〜66Aがそれぞれ接続されている。空気供給管63A〜66Aは、第三の流路基板5Aの上面に対して立てた状態に設けられている。また、最上流側の空気供給管63Aは、第三の流路溝51Aの一端部51aAに連通し、供給管61Aの近傍に設けられている。空気供給管64A〜66Aには流量制御バルブV13A〜V15Aが設けられている。そのため、制御部209Aは、流量制御バルブV13A〜V15Aを制御することで、3つの流量制御バルブV13A〜V15Aによる空気流量が調整される。これにより、触媒燃焼器300Aのどの位置においてもほぼ均等な燃焼熱が生じる。
以上のようにして改質器100Aの上面に触媒燃焼器300Aが設けられている。
図16は、発電システム200Aの概略構成を示した図6と同様のブロック図であり、図17は、発電システム200Aの回路構成を示した図7と同様のブロック図である。
発電システム200Aは、上記改質器100A及び触媒燃焼器300Aを備えている。この発電システム200Aでは、第一の実施の形態の発電システム200と異なり、触媒燃焼器300Aの空気供給管64A〜66Aが、エアポンプP2Aの下流に設けられた流量制御バルブV12Aを介して流量制御バルブV13A〜V15Aにそれぞれ接続されている。なお、最上流側に位置する空気供給管63Aは流量制御バルブV12Aのみに接続されている。
その他、発電システム200Aの構成において、第1の実施の形態の発電システム200の構成(図6参照)と同様の構成部分には同様の数字に英字Aを付してその説明を適宜省略する。
以下に、制御部209Aによる制御方法とそれに伴う発電システム200A全体の動作方法について説明する。
発電システム200Aが作動し、制御部209Aがサーミスタ兼電熱ヒータ31A〜34Aに所定量の電流を送ることにより、サーミスタ兼電熱ヒータ31A〜34Aを発熱させる。そうすると、改質器100Aが加熱される。なお、気化器202A、一酸化炭素除去器204A及び触媒燃焼器300Aも電熱ヒータによって初期加熱される。
また、図19は、図9と同様の、燃料電池205Aの要求電力量が最大の時と最小の時のそれぞれの場合の、改質器100Aの供給管41A側の燃焼用反応流路6Aから排出管42A側の反応流路4Aに向けた長さ方向の位置と温度の関係を示した図である。なお、この関係については、第一の実施の形態と同じであるため、その説明を適宜省略する。
上記第二の実施の形態では、改質器100Aの加熱手段として、複数のサーミスタ兼電熱ヒータ31A〜34Aと、触媒燃焼器300Aによる加熱を併用した場合を説明したが、触媒燃焼器から改質器への熱供給量がサーミスタ兼電熱ヒータよりも著しく高い場合は、改質器の温度依存性は燃焼熱によるところが大きくなる。そのため、サーミスタ兼電熱ヒータよりも触媒燃焼器による加熱部を複数に分ける方が好ましく、第三の実施の形態ではこの場合について説明する。第三の実施の形態では、第一及び第二の実施の形態のように、複数のサーミスタ兼電熱ヒータが設けられているのではなく、一つのサーミスタ兼電熱ヒータ31Bが設けられている。そして、触媒燃焼器300Bの各空気供給管64B〜66Bに設けられた流量制御バルブ67B〜69Bで空気供給量を調整する。これによって、燃焼用反応流路6Bの所定箇所における燃焼反応を制御する。以下、具体的に説明する。
改質器100Bの構造は、第二の流路基板2B上に一つのサーミスタ兼電熱ヒータ31Bが形成されている点で第二の実施の形態と異なる。なお、第二の実施の形態の改質器100Bと同様の構成部分については同様の数字に英字Bを付してその説明を適宜省略する。
図26は、発電システム200Bの概略構成を示した図6と同様のブロック図であり、図27は、発電システム200Bの回路構成を示した図7と同様のブロック図である。
発電システム200Bは、上記改質器100B及び触媒燃焼器300Bを備えている。この発電システム200Bでは、エアポンプP2Bの下流に流量制御バルブV12Bが設けられている。触媒燃焼器300Bの空気供給管64B〜66Bは、流量制御バルブV12Bを介して、流量制御バルブ67B〜69Bにそれぞれ接続されている。なお、最上流側に位置する空気供給管63Bは流量制御バルブV12Bのみに接続されている。
その他、発電システム200Bの構成において、第1の実施の形態の発電システム200の構成(図6参照)と同様の部分には同様の数字に英字Bを付して、その同一の構成の説明を適宜省略する。
以下に、制御部209Bによる制御方法とそれに伴う発電システム200B全体の動作方法について説明する。但し、第2の実施の形態の発電システム200Aの動作方法と同様の部分については、その説明を適宜省略する。
第三の実施の形態では、燃料電池205Bで電力が生成されている際に、制御部209Bが燃料ポンプP1Bを制御することで、燃料と水の流量が調整される。更に、制御部209Bが流量制御バルブV11B,V12B、流量制御バルブ67B〜69Bを制御することで、空気の流量が調整される。更に、制御部209Bがサーミスタ兼電熱ヒータ31Bへの供給電力を調整する。こうして、燃料電池205B、改質器100B等が定常的に動作する。
流量制御バルブ67B〜69Bの開度の調整に際しては、流量制御バルブ67B〜69Bのそれぞれについて開度を設定し、流量制御バルブ67B〜69Bをそれぞれの設定開度に制御する。
まず、制御部209Bが電力の設定値を低減する(ステップS41)。ここで、低減後の設定値をPとする。
そして、制御部209Bは、燃料ポンプP1Bを制御して、燃料ポンプP1Bによる流量を所定値だけ低下させる(ステップS42)。燃料ポンプP1Bによる流量が低下すると、燃料と水の混合気が反応流路4Bの入口(供給管41B)から出口(排出管42B)にまで流動するのに要する時間が長くなる。ここで、反応流路4全体にわたって、温度が一様である場合、上記化学反応式(2)で表される逆シフト反応が進行し、一酸化炭素の上昇を招く。
ステップS44では、制御部209Bは、流量制御バルブ69Bについて設定開度を一段階だけ小さく変更し、流量制御バルブ69Bの開度を変更後の設定開度に制御する。なお、ステップS44までは、制御部209Bは、流量制御バルブ67B〜68Bについて設定開度を低減させない。
比較の結果、求められた変化量が閾値Pa以上であると制御部209Bが判断した場合、制御部209Bの処理がステップS44に戻る。こうして、制御部209BはステップS44及びステップS45からなる処理を1回又は複数回行う。ステップS44及びステップS45からなる処理が繰り返されることで、流量制御バルブ69Bの開度が段階的に小さくなり、空気供給量が低下することとなる。
一方、比較の結果、検出電力値が設定値Pを超えていると制御部209Bが判断した場合、制御部209Bは図28に示されたルーチンを終了する。
また、触媒燃焼器300Bには、燃焼用反応流路6Bの上流側から下流側にかけて設けられた複数の貫通穴511A〜514Aを介して、燃焼用反応流路6Bにそれぞれ連通する複数の空気供給管63B〜66Bが設けられ、さらに空気供給管64B〜66Bには空気の流量制御をする流量制御バルブ67B〜69Bが設けられている。そして、要求される電力値に応じ、制御部209Bが、燃料供給ポンプP1Bによる供給流量を低減させるとともに、複数の流量制御バルブ67B〜69Bの開度を下流側から上流側の順に低減させる。これにより、発電システム200Bにより生成される電力値の低減の要求があった場合でも、変成器を必要とせず、一酸化炭素濃度の上昇を抑制することができる。また、最も下流側の空気供給管66Bに設けられた流量制御バルブ69Bの開度を優先的に小さくすることにより、効果的に一酸化炭素濃度の上昇を抑制することができる。
図29の符号Kの実線は要求電力が最大の場合を示している。混合気の改質器100Bへの供給量が最大の時は、改質器100Bのサーミスタ兼電熱ヒータ31Bがどの位置においても温度が一定となるように、流量制御バルブ67B〜69Bの開度を相対的に大きくする。燃料供給量が多いために、改質反応が完結する位置Nが排出管42B側付近に位置しており、このように加熱することで燃料の全量を反応させることができる。
一方、図29の符号Lの点線は要求電力が最小の場合を示している。混合気の改質器100Bへの供給量が最小の時は、燃料の滞留時間が長くなり、上記化学反応式(2)で表される逆シフト反応の増大に伴って、一酸化炭素濃度が上昇する。この場合、改質反応は、上記電力量が最大の時と比べて、反応流路4B内におけるより上流側の位置Nで、改質反応が完結する。そして、反応流路4Bにおける位置Nより下流側では、上記逆シフト反応による一酸化炭素の生成量が上昇しやすい。そのため、点線Lのように、空気供給管64B〜66Bのうち改質反応の完結位置Nより下流側に位置する空気供給管(例えば、空気供給管66B)に設けられた流量制御バルブ(例えば、流量制御バルブ69B)の開度を小さくして温度を下げることにより、反応流路4Bにおける位置Nより下流側における逆シフト反応を抑制し、一酸化炭素の濃度を低減することができる。
32,32A サーミスタ兼電熱ヒータ(電熱ヒータ、温度検出部)
33,33A サーミスタ兼電熱ヒータ(電熱ヒータ、温度検出部)
34,34A サーミスタ兼電熱ヒータ(電熱ヒータ、温度検出部)
100,100A,100B 改質器
200,200A,200B 発電システム
205,205A,205B 燃料電池
207,207A,207B 電力検出部
209,209A,209B 制御部
300A,300B 触媒燃焼器
P1,P1A,P1B 燃料ポンプ(燃料供給部)
Claims (7)
- 上流側から下流側に流れる燃料を水素に改質する改質器と、
前記改質器に燃料を供給する燃料供給部と、
前記改質器で生成された水素により発電する燃料電池と、
前記改質器に設けられ、前記改質器の上流側と下流側との間に配列された複数の電熱ヒータと、
前記複数の電熱ヒータに対応して設けられ、対応する電熱ヒータの温度を検出する複数の温度検出部と、
前記複数の電熱ヒータを対応する温度検出部による検出温度に基づきフィードバック制御して、前記複数の電熱ヒータの温度をそれぞれの設定温度に保たせる制御部と、を備え、
前記制御部が、前記燃料電池への要求電力が低減されたとき、前記燃料供給部による供給流量を低減させるとともに、前記複数の電熱ヒータの設定温度を下流側から上流側の順に低減させることを特徴とする発電システム。 - 前記燃料電池の電力値を検出する電力検出部を更に備え、
前記制御部が前記複数の電熱ヒータの設定温度を低減させる処理は、前記複数の電熱ヒータのうち一の電熱ヒータの設定温度を低減させた後、前記一の電熱ヒータの設定温度を低減させる前の前記電力検出部により検出された電力値と前記一の電熱ヒータの設定温度を低減させた後の前記電力検出部により検出された電力値との変化量が所定閾値以上である場合に、当該一の電熱ヒータの設定温度を更に低減させることを特徴とする請求項1に記載の発電システム。 - 前記燃料電池の電力値を検出する電力検出部を更に備え、
前記制御部が前記複数の電熱ヒータの設定温度を低減させる処理は、前記複数の電熱ヒータのうち一の電熱ヒータの設定温度を低減させた後、前記一の電熱ヒータの設定温度を低減させる前の前記電力検出部により検出された電力値と前記一の電熱ヒータの設定温度を低減させた後の前記電力検出部により検出された電力値との変化量が所定閾値未満である場合に、当該一の電熱ヒータの上流側に設けられた他の電熱ヒータの設定温度を低減させることを特徴とする請求項1に記載の発電システム。 - 前記改質器は、水素を燃焼させる触媒燃焼器を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の発電システム。
- 上流側から下流側に流れる燃料を水素に改質する改質器と、
前記改質器に燃料を供給する燃料供給部と、
前記改質器で生成された水素により発電する燃料電池と、
前記改質器に隣接して配置され、前記改質器の上流側に対応する上流部から前記改質器の下流側に対応する下流部に流れる水素を燃焼させる触媒燃焼器と、
前記触媒燃焼器の上流部と下流部との間の複数箇所にそれぞれ供給する空気の流量を制御する複数の流量制御バルブと、
前記複数の流量制御バルブの開度を制御する制御部と、を備え、
前記制御部が、前記燃料電池への要求電力が低減されたとき、
前記燃料供給部による供給流量を低減させるとともに、
前記複数の流量制御バルブの開度を下流から上流側の順に小さくすることを特徴とする発電システム。 - 前記燃料電池の電力を検出する電力検出部を更に備え、
前記制御部が前記複数の流量制御バルブの開度を小さくする処理は、前記複数の流量制御バルブのうち一の流量制御バルブの開度を小さくした後、前記一の流量制御バルブの開度を小さくする前の前記電力検出部により検出された電力値と前記一の流量制御バルブの開度を小さくした後の前記電力検出部により検出された電力値との変化量が所定閾値以上である場合に、当該一の流量制御バルブの開度を更に低減させることを特徴とする請求項5に記載の発電システム。 - 前記燃料電池の電力値を検出する電力検出部を更に備え、
前記制御部が前記複数の流量制御バルブの開度を小さくする処理は、前記複数の流量制御バルブのうち一の流量制御バルブの開度を小さくした後、前記一の流量制御バルブの開度を小さくする前の前記電力検出部により検出された電力値と前記一の流量制御バルブの開度を小さくした後の前記電力検出部により検出された電力値との変化量が所定閾値未満である場合に、当該一の流量制御バルブの上流側に空気を供給する他の流量制御バルブの開度を低減させることを特徴とする請求項5に記載の発電システム。
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