JP6197171B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
流量が低下して熱容量が低下した原料ガスが、熱容量の大きい原料ガス周囲の水素生成装置の金属構造体や触媒からの熱を受けて、原料ガスの温度が基準値より高くなる。その結果、発電量に応じて水素発生装置の温度を設計値に制御することができない可能性があった。水素発生装置の改質触媒の温度が設計値より高くなると、改質触媒で炭化水素が改質されて水素がたくさん生成され、炭化水素の量が少なくなる。水素発生装置からの生成ガス中の炭化水素が少なくなるとバーナに供給される燃料オフガスの炭化水素が少なくなるので、フレームロッドでの火炎検知が難しくなる。
制御器は第1温度検知器の目標温度になるように原料ガス供給器から供給する原料ガス量を制御するもので、エネルギー効率の高い燃料電池システムにおいて、確実にバーナの火炎を検知するものである。
してもよい。バーナの火炎を誤検知しやすくなる燃料電池システムで、確実に火炎を検知するものである。
図1は、本発明の第1の実施の形態における固体高分子形の燃料電池システムの概略図を示すものである。
ヒータ(図示せず)により加熱を行い、改質器1内各部を昇温させて水の蒸発による水蒸気の生成と改質触媒の温度を水蒸気改質反応に適した温度(例えば、600〜700℃)としている。
このように運転条件によっては、第1温度検知器の温度が設定値からずれてかなり高くなってしまう場合がある。
スタック2に供給された改質ガスは、スタック2での発電に必要な水素のみが消費され、バーナ6に燃料オフガスとして供給される。したがって、第1温度検知器5の温度が高く転化率が高い場合にはバーナ6でのメタン量が少なくなる。特に原料供給器3からの原料流量が少ない低発電量時には、第1温度検知器5の温度が同じで転化率が同じでも、供給している原料であるメタン量が定格発電時にくらべて約1/3と少ないので、改質ガス中のメタン量も1/3と少なくなってしまう。
第2の実施の形態は、第1の実施の形態と異なる箇所のみを説明する。
第3の実施の形態は、第2の実施の形態で、第1温度検知器の温度が予め設定した第1温度を越えた場合、あるいは、第1温度検知器5の検知温度と前記スタックの発電量に対して設定された第1温度検知器5の目標温度との差が第2温度以上の場合に、制御器7でスタック2での発電量を増やすものである。
ステムの安定した運転を実現することができる。
第4の実施の形態は、第2の実施の形態と異なる箇所のみを説明する。
を550W 、S/Cが3.5の時には第1温度を660℃、発電量の下限値を600Wなどと設定しても良い。これは、式(1)での転化率は、S/Cが大きくなると大きくなるため、S/Cが大きいほどバーナ6でのメタン流量が少なくなり火炎電流が得られにくくなる。したがって、S/Cの値も考慮することで、メタン流量をより精度高く予測することができる。
図4は、本発明の第2の実施の形態における燃料電池システムの概略図を示すものである。
2 スタック
3 原料供給器
4 水供給器
5 第1温度検知器
6 バーナ
7 制御器
8 一酸化炭素低減器
9 第2温度検知器
10 フレームロッド
11 改質触媒
12 一酸化炭素低減触媒
13 水蒸発部
14 断熱材
Claims (13)
- 原料ガスと水蒸気とを改質して水素を含む燃料ガスを発生させる改質触媒を備えている改質器と、
前記改質器に原料ガスを供給する原料供給器と、
前記改質器に水を供給する水供給器と、
前記改質器から供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて電力を発生させるスタックと、
前記改質触媒の温度を検知する第1温度検知器と、
前記スタックから排出される燃料ガスである燃料オフガスを燃焼させて前記改質器を加熱するバーナと、
前記バーナの火炎を検知するフレームロッドと、
制御器と、
を備えており、
前記制御器は、前記第1温度検知器の検知温度と前記スタックの発電量に対して設定される前記第1温度検知器の目標温度との差が第2温度以上の場合に、
前記バーナに供給される前記燃料オフガス中の炭化水素流量を増加させる、
燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記第1温度検知器の検知温度と前記スタックの発電量に対して設定される前記第1温度検知器の目標温度との差が第2温度以上の場合に、
前記改質器での改質反応の反応割合を示す転化率を下げる、及び、前記燃料オフガスの供給量を増加させる、のうちの少なくとも一方を行う、
請求項1記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記第1温度検知器の検知温度と前記スタックの発電量に対して設定される前記第1温度検知器の目標温度との差が第2温度以上の場合に、
前記改質触媒の温度を下げる、
請求項1、2記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記第1温度検知器の検知温度と前記スタックの発電量に対して設定さ
れる前記第1温度検知器の目標温度との差が第2温度以上の場合に、
前記第1温度検知器の検知温度を下げる、
請求項1から3記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記第1温度検知器の検知温度と前記スタックの発電量に対して設定される前記第1温度検知器の目標温度との差が第2温度以上の場合に、
前記バーナに供給する燃焼用空気の供給量を増加させる、
請求項1から4記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記第1温度検知器の検知温度と前記スタックの発電量に対して設定される前記第1温度検知器の目標温度との差が第2温度以上の場合に、前記原料供給器からの原料ガスの供給量を増加させる、
請求項1、2記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記第1温度検知器の検知温度と前記スタックの発電量に対して設定される前記第1温度検知器の目標温度との差が第2温度以上の場合に、前記スタックの発電量を増加させる、
請求項1、2、6記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記第1温度検知器の検知温度と前記スタックの発電量に対して設定される前記第1温度検知器の目標温度との差が第2温度以上の場合に、前記スタックの発電量の下限値を上げる、
請求項1記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記第2温度と前記発電量の下限値を、前記スタックの発電量に基づいて定める、
請求項8記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記第2温度と前記発電量の下限値を、前記原料供給器からの原料流量と前記水供給器からの水の供給量に対して設定する、
請求項8、9項に記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記第1温度検知器の検知温度が前記スタックの発電量に基づいて定められる温度になるように前記原料供給器から供給する原料ガス量を制御する、
請求項1〜10のうちのいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記スタックの発電量が予め定められる第2発電量以下の場合に、前記発電量が前記第2発電量より大きい場合より前記第1温度検知器の検知温度が低くなるように前記原料供給器を制御する、
請求項11に記載の燃料電池システム。 - 前記改質器から供給される燃料ガス中の一酸化炭素を低減して前記スタックに供給する一酸化炭素低減器と、
前記一酸化炭素低減器の温度を検知する第2温度検知器と、
を備えており、
前記制御器は、前記第2温度検知器の検知温度が予め定められる第3温度以上になった場合、前記水供給器の水供給量を増加させる、
請求項1〜12のうちのいずれか1項に記載の燃料電池システム。
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