JPH05198309A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
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- JPH05198309A JPH05198309A JP4007054A JP705492A JPH05198309A JP H05198309 A JPH05198309 A JP H05198309A JP 4007054 A JP4007054 A JP 4007054A JP 705492 A JP705492 A JP 705492A JP H05198309 A JPH05198309 A JP H05198309A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 液体燃料を気化した燃料ガスを改質して使用
する燃料電池発電システムにおいて、燃料供給開始時あ
るいは燃料切り替え時等での燃料ガスの凝縮による燃料
電池出力の変動を抑制する。 【構成】 液体燃料４３を気化するための気化器１と、
気化した燃料ガスを改質し水素リッチガスとして燃料電
池２２へ送るための改質装置９を一体化し、改質装置９
の排熱を利用し液体燃料４３の気化を行い、近傍に配置
した脱硫装置５を経て、長い距離を配管で引き回すこと
なく改質装置９に供給し、水蒸気改質を行う。これによ
り、気化した燃料ガスの凝縮を防止し、その凝縮による
燃料ガス不足に起因する燃料電池出力の変動を抑制す
る。
する燃料電池発電システムにおいて、燃料供給開始時あ
るいは燃料切り替え時等での燃料ガスの凝縮による燃料
電池出力の変動を抑制する。 【構成】 液体燃料４３を気化するための気化器１と、
気化した燃料ガスを改質し水素リッチガスとして燃料電
池２２へ送るための改質装置９を一体化し、改質装置９
の排熱を利用し液体燃料４３の気化を行い、近傍に配置
した脱硫装置５を経て、長い距離を配管で引き回すこと
なく改質装置９に供給し、水蒸気改質を行う。これによ
り、気化した燃料ガスの凝縮を防止し、その凝縮による
燃料ガス不足に起因する燃料電池出力の変動を抑制す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に燃料ガスの凝縮に
よる燃料ガスの不足に起因する燃料電池出力の変動を抑
制した燃料電池発電システムに関するものである。
よる燃料ガスの不足に起因する燃料電池出力の変動を抑
制した燃料電池発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】メタノール等の液体燃料を燃料とした燃
料電池発電システムとして、これまでに図７の系統図に
示すような気化器１，流量調節弁２，７，熱交換器３，
６，１１，１４，１６，２３，２７，３２，脱硫装置
５，気水分離器８，改質装置９，改質バーナ１０，ＣＯ
シフトコンバータ１３，凝縮器１５，２８，３３，燃料
電池２２，制御装置３９，及び各種センサー４，１２，
３７などから構成されるシステムが提案されている。
料電池発電システムとして、これまでに図７の系統図に
示すような気化器１，流量調節弁２，７，熱交換器３，
６，１１，１４，１６，２３，２７，３２，脱硫装置
５，気水分離器８，改質装置９，改質バーナ１０，ＣＯ
シフトコンバータ１３，凝縮器１５，２８，３３，燃料
電池２２，制御装置３９，及び各種センサー４，１２，
３７などから構成されるシステムが提案されている。
【０００３】以下に、この従来の燃料電池発電システム
の構成とともに作用について説明する。
の構成とともに作用について説明する。
【０００４】まず、燃料供給系において、メタノール等
の液体燃料４３は、気化器１で気化され熱交換器３で昇
温された後、水素リッチなＣＯシフトコンバータ１３出
口ガスの一部とともに脱硫装置５に送られ、硫黄分が除
去される（メタノール等の硫黄分を含んでいない燃料の
場合はこの脱硫過程は不要）。脱硫された燃料ガスは、
気水分離器８で生成された水蒸気４４とともに熱交換器
６で昇温された後、燃料改質系の改質装置９に送られ
る。
の液体燃料４３は、気化器１で気化され熱交換器３で昇
温された後、水素リッチなＣＯシフトコンバータ１３出
口ガスの一部とともに脱硫装置５に送られ、硫黄分が除
去される（メタノール等の硫黄分を含んでいない燃料の
場合はこの脱硫過程は不要）。脱硫された燃料ガスは、
気水分離器８で生成された水蒸気４４とともに熱交換器
６で昇温された後、燃料改質系の改質装置９に送られ
る。
【０００５】燃料改質系において、改質装置９では、燃
料の改質反応が起こり、水素リッチな改質ガスが生成さ
れる。改質装置９を出た改質ガスは、熱交換器１１で温
度を下げられた後、ＣＯシフトコンバータ１３に送ら
れ、シフト反応により改質ガス中の一酸化炭素が二酸化
炭素にかえられる（改質反応で生成する一酸化炭素の量
が少ない燃料の場合には、ＣＯシフトコンバータ１３は
不要である）。ＣＯシフトコンバータ１３を出たガス
は、熱交換器１４で温度が下げられた後、凝縮器１５に
送られ、未反応の水蒸気が凝縮除去される。なお、ＣＯ
シフトコンバータ１３を出たガスの一部は、脱硫反応に
必要な水素を脱硫装置５に供給するために、リサイクル
される。凝縮器１５で分離された抽水３６は気水分離器
８に送られ、再び水蒸気４４として改質装置９に供給さ
れる。凝縮器１５を出たガスは、熱交換器１６で昇温さ
れた後、燃料電池２２の燃料極１９に送られ、ガス中の
水素が燃料電池２２の電池反応に使われる。
料の改質反応が起こり、水素リッチな改質ガスが生成さ
れる。改質装置９を出た改質ガスは、熱交換器１１で温
度を下げられた後、ＣＯシフトコンバータ１３に送ら
れ、シフト反応により改質ガス中の一酸化炭素が二酸化
炭素にかえられる（改質反応で生成する一酸化炭素の量
が少ない燃料の場合には、ＣＯシフトコンバータ１３は
不要である）。ＣＯシフトコンバータ１３を出たガス
は、熱交換器１４で温度が下げられた後、凝縮器１５に
送られ、未反応の水蒸気が凝縮除去される。なお、ＣＯ
シフトコンバータ１３を出たガスの一部は、脱硫反応に
必要な水素を脱硫装置５に供給するために、リサイクル
される。凝縮器１５で分離された抽水３６は気水分離器
８に送られ、再び水蒸気４４として改質装置９に供給さ
れる。凝縮器１５を出たガスは、熱交換器１６で昇温さ
れた後、燃料電池２２の燃料極１９に送られ、ガス中の
水素が燃料電池２２の電池反応に使われる。
【０００６】燃料電池２２は、燃料極１９，電解質２
０，及び空気極２１から構成されており、電池反応で
は、燃料極１９で生成した水素イオンが電解質２０中を
空気極２１まで移動し、酸化剤供給系から酸化剤として
供給された空気３４中の酸素と反応して水が生成する。
酸化剤供給系において、空気３４は、熱交換器２３で昇
温された後、空気極２１に送られ、燃料電池２２の電池
反応に使われる。空気極排ガス３１は、熱交換器３２で
温度が下げられた後、凝縮器３３に送られ生成水３５が
凝縮除去される。凝縮器３３で除去された生成水３５も
気水分離器８に送られ、水蒸気４４として改質装置９に
供給される。凝縮器３３を出たガスは、排ガス４５とし
て大気中に放出される。燃料電池２２の電池反応では発
熱を伴うため、図では省略してあるが、燃料電池２２と
共に周辺装置を冷却する冷却系が設けられている。
０，及び空気極２１から構成されており、電池反応で
は、燃料極１９で生成した水素イオンが電解質２０中を
空気極２１まで移動し、酸化剤供給系から酸化剤として
供給された空気３４中の酸素と反応して水が生成する。
酸化剤供給系において、空気３４は、熱交換器２３で昇
温された後、空気極２１に送られ、燃料電池２２の電池
反応に使われる。空気極排ガス３１は、熱交換器３２で
温度が下げられた後、凝縮器３３に送られ生成水３５が
凝縮除去される。凝縮器３３で除去された生成水３５も
気水分離器８に送られ、水蒸気４４として改質装置９に
供給される。凝縮器３３を出たガスは、排ガス４５とし
て大気中に放出される。燃料電池２２の電池反応では発
熱を伴うため、図では省略してあるが、燃料電池２２と
共に周辺装置を冷却する冷却系が設けられている。
【０００７】燃料電池２２によって発電された直流電力
１８は、インバータ２９によって交流電力３０に変換さ
れ、負荷３８に供給される。燃料電池２２の燃料極１９
における水素利用率は７０〜８０％程度であるので、燃
料極排ガス２４は未反応水素を含む。この未反応水素を
含む燃料極排ガス２４は、加熱燃料４０として燃焼空気
２５とともに加熱用の改質バーナ１０に送られ、吸熱反
応である改質反応に必要な熱量を改質装置９に供給する
ために使われる。改質バーナ１０では、水素の燃焼反応
が起こる。燃料電池運転開始時のように、改質バーナ１
０の燃料となる燃料極排ガスの供給量が不足する場合に
は、脱硫装置５出口ガスの一部を補助燃料２６として改
質バーナ１０の燃料に使用する。改質バーナ１０の燃焼
ガス１７は、熱交換器２７で温度が下げられた後、凝縮
器２８に送られ、生成水４１が凝縮除去される。凝縮器
２８で除去された生成水４１は気水分離器８に送られ、
水蒸気４４として改質装置９に供給される。凝縮器２８
を出たガスは排ガス４２として大気中に放出される。
１８は、インバータ２９によって交流電力３０に変換さ
れ、負荷３８に供給される。燃料電池２２の燃料極１９
における水素利用率は７０〜８０％程度であるので、燃
料極排ガス２４は未反応水素を含む。この未反応水素を
含む燃料極排ガス２４は、加熱燃料４０として燃焼空気
２５とともに加熱用の改質バーナ１０に送られ、吸熱反
応である改質反応に必要な熱量を改質装置９に供給する
ために使われる。改質バーナ１０では、水素の燃焼反応
が起こる。燃料電池運転開始時のように、改質バーナ１
０の燃料となる燃料極排ガスの供給量が不足する場合に
は、脱硫装置５出口ガスの一部を補助燃料２６として改
質バーナ１０の燃料に使用する。改質バーナ１０の燃焼
ガス１７は、熱交換器２７で温度が下げられた後、凝縮
器２８に送られ、生成水４１が凝縮除去される。凝縮器
２８で除去された生成水４１は気水分離器８に送られ、
水蒸気４４として改質装置９に供給される。凝縮器２８
を出たガスは排ガス４２として大気中に放出される。
【０００８】このような燃料電池発電システムでは、燃
料電池２２に供給する改質ガス流量の調節は、燃料流量
調節弁２で燃料４３の流量を調節することによって行
う。すなわち、負荷電流検出センサー３７で負荷電流を
検出し、信号ａとして制御装置３９に入力する。制御装
置３９は信号Ｂを燃料流量調節弁２に送り、その燃料流
量調節弁２の開度を制御し、負荷電流に相当する水素ガ
ス量よりも多くの水素ガス量に相当する燃料４３を供給
する。また、燃料４３の改質に必要な水蒸気４４の供給
量は、燃料流量調節弁２を通過し気化器１で気化させた
燃料４３の流量を燃料流量検出センサー４で検出し、信
号ｃを制御装置３９に送り、この制御装置３９が信号Ａ
を水蒸気流量調節弁７に送り、その水蒸気流量調節弁７
の開度を制御することによって調節する。改質装置９の
温度は温度センサー１２で監視し、信号ｂとして制御装
置３９に入力する。制御装置３９は、改質装置温度に応
じて燃料流量調節弁２に送る信号Ｂを制御することによ
って、改質装置温度を所定の温度に保つように燃料流量
制御弁２の開度を制御し、燃料４３の流量を調節する。
制御装置３９は、各センサーからの信号を受けて、制御
装置３９内部に記憶されている設定値と比較し、その結
果をもとに演算し、上記した各流量調節弁の開度を制御
する信号を送出している。
料電池２２に供給する改質ガス流量の調節は、燃料流量
調節弁２で燃料４３の流量を調節することによって行
う。すなわち、負荷電流検出センサー３７で負荷電流を
検出し、信号ａとして制御装置３９に入力する。制御装
置３９は信号Ｂを燃料流量調節弁２に送り、その燃料流
量調節弁２の開度を制御し、負荷電流に相当する水素ガ
ス量よりも多くの水素ガス量に相当する燃料４３を供給
する。また、燃料４３の改質に必要な水蒸気４４の供給
量は、燃料流量調節弁２を通過し気化器１で気化させた
燃料４３の流量を燃料流量検出センサー４で検出し、信
号ｃを制御装置３９に送り、この制御装置３９が信号Ａ
を水蒸気流量調節弁７に送り、その水蒸気流量調節弁７
の開度を制御することによって調節する。改質装置９の
温度は温度センサー１２で監視し、信号ｂとして制御装
置３９に入力する。制御装置３９は、改質装置温度に応
じて燃料流量調節弁２に送る信号Ｂを制御することによ
って、改質装置温度を所定の温度に保つように燃料流量
制御弁２の開度を制御し、燃料４３の流量を調節する。
制御装置３９は、各センサーからの信号を受けて、制御
装置３９内部に記憶されている設定値と比較し、その結
果をもとに演算し、上記した各流量調節弁の開度を制御
する信号を送出している。
【０００９】なお、図８は図７の従来例の液体燃料を燃
料とした燃料電池発電システムの燃料流量と燃料電池出
力の時間変化を表わしたグラフである。
料とした燃料電池発電システムの燃料流量と燃料電池出
力の時間変化を表わしたグラフである。
【００１０】また、液体燃料の予備燃料との燃料切替が
可能な燃料電池発電システムとして、これまでに図９の
系統図に示すような気化器１，熱交換器３，６，１１，
１４，１６，２３，２７，３２，流量調節弁２，７，脱
硫装置５，気水分離器８，改質装置９，ＣＯシフトコン
バータ１３，凝縮器１５，２８，３３，燃料電池２２，
制御装置３９，分流器４８，燃料極排ガス用バーナ４
９，及び各種センサー４，１２，３７，５１などから構
成されるシステムが提案されている（特願昭６３−２２
０００４号）。この図９で示した燃料電池発電システム
の基本構成及び作用は、図７で説明した液体燃料を燃料
とした燃料電池システムと同様であり、図９に示す符号
のうち図７と同一のものは、同一部分を示している。従
って、ここでは、図７の従来例と異なるところを中心に
説明する。
可能な燃料電池発電システムとして、これまでに図９の
系統図に示すような気化器１，熱交換器３，６，１１，
１４，１６，２３，２７，３２，流量調節弁２，７，脱
硫装置５，気水分離器８，改質装置９，ＣＯシフトコン
バータ１３，凝縮器１５，２８，３３，燃料電池２２，
制御装置３９，分流器４８，燃料極排ガス用バーナ４
９，及び各種センサー４，１２，３７，５１などから構
成されるシステムが提案されている（特願昭６３−２２
０００４号）。この図９で示した燃料電池発電システム
の基本構成及び作用は、図７で説明した液体燃料を燃料
とした燃料電池システムと同様であり、図９に示す符号
のうち図７と同一のものは、同一部分を示している。従
って、ここでは、図７の従来例と異なるところを中心に
説明する。
【００１１】図９に示した燃料切替が可能な燃料電池発
電システムでは、主燃料である燃料４３の供給が大地震
や事故等により不意に停止した場合には、例えば圧力あ
るいは流量の変化の形で燃料供給異常検出センサー５１
でこれを検出し、信号ｄとして制御装置３９に入力す
る。制御装置３９は信号Ｂを制御し、燃料流量調節弁３
を閉じるとともに、信号Ｄを予備燃料流量調節弁４７に
送出し、その予備燃料流量調節弁４７を開き液体燃料で
ある予備燃料４６の供給を行う。予備燃料流量調節弁４
７及び水蒸気流量調節弁７は、予め制御装置３９に記憶
してあるデータを基に予備燃料４６に最適な燃料流量と
水蒸気流量になるように制御される。従って、予備燃料
４６に適した条件で燃料電池２２による発電を継続する
ことができる。
電システムでは、主燃料である燃料４３の供給が大地震
や事故等により不意に停止した場合には、例えば圧力あ
るいは流量の変化の形で燃料供給異常検出センサー５１
でこれを検出し、信号ｄとして制御装置３９に入力す
る。制御装置３９は信号Ｂを制御し、燃料流量調節弁３
を閉じるとともに、信号Ｄを予備燃料流量調節弁４７に
送出し、その予備燃料流量調節弁４７を開き液体燃料で
ある予備燃料４６の供給を行う。予備燃料流量調節弁４
７及び水蒸気流量調節弁７は、予め制御装置３９に記憶
してあるデータを基に予備燃料４６に最適な燃料流量と
水蒸気流量になるように制御される。従って、予備燃料
４６に適した条件で燃料電池２２による発電を継続する
ことができる。
【００１２】この従来例において、燃料に都市ガス、予
備燃料にメタノールを用いた場合（同一量の水素を得る
ために必要な改質反応熱はメタノールの方が少ない）の
ように、燃料切替により改質装置温度が上昇する場合に
は、通常予備燃料流量調節弁４７を絞り燃料供給量を減
少させる。しかし、予備燃料流量調節弁４７を絞り燃料
供給量を減少させると燃料不足で燃料電池出力が低下す
る場合には、制御装置３９から信号Ｃを分流器４８に送
出し、加熱燃料４０となる燃料極排ガス２４の一部を分
流器４８で分流し、燃料極排ガス用バーナ４９で燃焼さ
せた後、燃焼排ガス５０として大気中に放出する（特願
平２−１８１２６０号）。
備燃料にメタノールを用いた場合（同一量の水素を得る
ために必要な改質反応熱はメタノールの方が少ない）の
ように、燃料切替により改質装置温度が上昇する場合に
は、通常予備燃料流量調節弁４７を絞り燃料供給量を減
少させる。しかし、予備燃料流量調節弁４７を絞り燃料
供給量を減少させると燃料不足で燃料電池出力が低下す
る場合には、制御装置３９から信号Ｃを分流器４８に送
出し、加熱燃料４０となる燃料極排ガス２４の一部を分
流器４８で分流し、燃料極排ガス用バーナ４９で燃焼さ
せた後、燃焼排ガス５０として大気中に放出する（特願
平２−１８１２６０号）。
【００１３】なお、図１０は図９の従来例の液体燃料の
予備燃料との燃料切替が可能な燃料電池システムの燃料
切替時における燃料流量と燃料電池出力の時間変化を表
わすグラフである。
予備燃料との燃料切替が可能な燃料電池システムの燃料
切替時における燃料流量と燃料電池出力の時間変化を表
わすグラフである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術による燃料電池発電システムでは、それぞれ次
のような解決すべき問題点があった。
来の技術による燃料電池発電システムでは、それぞれ次
のような解決すべき問題点があった。
【００１５】まず、図７の液体燃料を燃料とした燃料電
池発電システムでは、高温排熱を利用して液体燃料を気
化させる方式が確立されておらず、ＳＵＳ等の耐熱性の
低い材料からつくられた気化器１を高温の改質装置９か
ら距離を離して設置し１００℃程度の低温で電気及び温
水を利用して気化させるので、気化器１で気化してから
改質装置９に送られるまでの間に、特に燃料供給開始時
に、配管等で燃料ガスの凝縮が起こり、図８に示したよ
うに燃料供給量が脈動することによって所定量のＦ1か
ら変化し、それにともない燃料電池出力も脈動し所定量
のＷ1から変化するという問題点があった。
池発電システムでは、高温排熱を利用して液体燃料を気
化させる方式が確立されておらず、ＳＵＳ等の耐熱性の
低い材料からつくられた気化器１を高温の改質装置９か
ら距離を離して設置し１００℃程度の低温で電気及び温
水を利用して気化させるので、気化器１で気化してから
改質装置９に送られるまでの間に、特に燃料供給開始時
に、配管等で燃料ガスの凝縮が起こり、図８に示したよ
うに燃料供給量が脈動することによって所定量のＦ1か
ら変化し、それにともない燃料電池出力も脈動し所定量
のＷ1から変化するという問題点があった。
【００１６】次に、図９の液体燃料の予備燃料との燃料
切替が可能な燃料電池発電システムでも、高温排熱を利
用して液体燃料を気化させる方式が確立されておらず、
ＳＵＳ等の耐熱性の低い材料からつくられた気化器１を
高温の改質装置９から距離を離して設置し１００℃程度
の低温で電気及び温水を利用して気化させるので、燃料
切替時に予備燃料が気化器１で気化してから改質装置９
に送られるまでの間に配管等で凝縮し、図１０に示した
ように予備燃料供給量が脈動し、所定量のＦ4に到達す
るまでにＴ1の時間を要する。これにともなって燃料電
池出力も所定量のＷ2からＴ1の時間だけ一時的に低下す
るとともに、Ｔ1時間経過後も予備燃料供給量の脈動の
影響で燃料電池出力も脈動するという問題点があった。
切替が可能な燃料電池発電システムでも、高温排熱を利
用して液体燃料を気化させる方式が確立されておらず、
ＳＵＳ等の耐熱性の低い材料からつくられた気化器１を
高温の改質装置９から距離を離して設置し１００℃程度
の低温で電気及び温水を利用して気化させるので、燃料
切替時に予備燃料が気化器１で気化してから改質装置９
に送られるまでの間に配管等で凝縮し、図１０に示した
ように予備燃料供給量が脈動し、所定量のＦ4に到達す
るまでにＴ1の時間を要する。これにともなって燃料電
池出力も所定量のＷ2からＴ1の時間だけ一時的に低下す
るとともに、Ｔ1時間経過後も予備燃料供給量の脈動の
影響で燃料電池出力も脈動するという問題点があった。
【００１７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、液体燃料を気化させた
燃料ガスを改質するに際して燃料ガスの凝縮を防止し、
燃料電池出力の変動を抑制する燃料電池発電システムを
提供することにある。
されたものであり、その目的は、液体燃料を気化させた
燃料ガスを改質するに際して燃料ガスの凝縮を防止し、
燃料電池出力の変動を抑制する燃料電池発電システムを
提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の燃料電池発電システムにおいては、燃料電
池本体、液体燃料を気化する気化器を有し該燃料電池本
体への燃料を供給する燃料供給系、改質装置を有し該燃
料の改質を行い電池反応に必要な水素リッチガスをつく
る燃料改質系、該燃料電池本体に酸化剤を供給する酸化
剤供給系、該燃料電池本体および周辺装置の冷却を行う
冷却系、および付属装置からなる燃料電池発電システム
において、液体燃料を気化させるための前記気化器を前
記改質装置と一体化し、該液体燃料の気化のために該改
質装置の排熱を用いることを特徴としている。
め、本発明の燃料電池発電システムにおいては、燃料電
池本体、液体燃料を気化する気化器を有し該燃料電池本
体への燃料を供給する燃料供給系、改質装置を有し該燃
料の改質を行い電池反応に必要な水素リッチガスをつく
る燃料改質系、該燃料電池本体に酸化剤を供給する酸化
剤供給系、該燃料電池本体および周辺装置の冷却を行う
冷却系、および付属装置からなる燃料電池発電システム
において、液体燃料を気化させるための前記気化器を前
記改質装置と一体化し、該液体燃料の気化のために該改
質装置の排熱を用いることを特徴としている。
【００１９】
【作用】本発明の燃料電池発電システムでは、液体燃料
の気化器と改質装置を一体化し、改質装置の排熱を利用
し液体燃料の気化を行い、長い距離を配管で引き回すこ
となくそのまま改質装置に供給できるようにし、改質装
置により水蒸気改質を行う。これにより、気化した燃料
ガスの凝縮を防止し、その凝縮による燃料ガス不足に起
因する燃料電池出力の変動を抑制する。
の気化器と改質装置を一体化し、改質装置の排熱を利用
し液体燃料の気化を行い、長い距離を配管で引き回すこ
となくそのまま改質装置に供給できるようにし、改質装
置により水蒸気改質を行う。これにより、気化した燃料
ガスの凝縮を防止し、その凝縮による燃料ガス不足に起
因する燃料電池出力の変動を抑制する。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。
細に説明する。
【００２１】図１は本発明を適用した第１の実施例の構
成を示す系統図である。本実施例は、液体燃料を燃料と
した燃料電池発電システムの例であり、本実施例におけ
る燃料電池発電システムの基本構成と作用は、図７で説
明した従来例と同様であって、図１に示す符号のうち図
７の符号と同一のものは、同一部分を示している。従っ
てここでは、図７の従来例と異なる点を中心に説明す
る。図７の従来例とは、気化器１を改質装置９と一体化
し改質装置９の排熱で液体燃料である燃料４３を気化さ
せること、及び脱硫装置５を気化器１即ち改質装置９の
近傍に配置することが大きく異なる。なお、図２は本発
明を適用した液体燃料を燃料とした燃料電池発電システ
ムの一実施例の燃料流量と燃料電池出力の時間変化を表
わすグラフである。
成を示す系統図である。本実施例は、液体燃料を燃料と
した燃料電池発電システムの例であり、本実施例におけ
る燃料電池発電システムの基本構成と作用は、図７で説
明した従来例と同様であって、図１に示す符号のうち図
７の符号と同一のものは、同一部分を示している。従っ
てここでは、図７の従来例と異なる点を中心に説明す
る。図７の従来例とは、気化器１を改質装置９と一体化
し改質装置９の排熱で液体燃料である燃料４３を気化さ
せること、及び脱硫装置５を気化器１即ち改質装置９の
近傍に配置することが大きく異なる。なお、図２は本発
明を適用した液体燃料を燃料とした燃料電池発電システ
ムの一実施例の燃料流量と燃料電池出力の時間変化を表
わすグラフである。
【００２２】本実施例では、気化器１と改質装置９を一
体化し、気化器１で気化させた燃料ガスを気化器１に隣
接させた脱硫装置５を経て改質装置９にそのまま供給す
ることによって、燃料ガスの凝縮を防止することが可能
で、その結果、図２に示したように、燃料供給量の所定
量のＦ1に一定に維持し、燃料電池出力も所定量のＷ1に
一定に維持することができる。なお、メタノールのよう
な硫黄を含んでいない液体燃料の場合には、気化器１で
気化した燃料ガスをそのまま改質装置９に供給すること
ができるので、気化と改質は同一の装置で行うことがで
きる。また、本発明による実施例では、改質装置９の排
熱を燃料ガスの気化に利用することができるので、エネ
ルギーの面でも経済的である。
体化し、気化器１で気化させた燃料ガスを気化器１に隣
接させた脱硫装置５を経て改質装置９にそのまま供給す
ることによって、燃料ガスの凝縮を防止することが可能
で、その結果、図２に示したように、燃料供給量の所定
量のＦ1に一定に維持し、燃料電池出力も所定量のＷ1に
一定に維持することができる。なお、メタノールのよう
な硫黄を含んでいない液体燃料の場合には、気化器１で
気化した燃料ガスをそのまま改質装置９に供給すること
ができるので、気化と改質は同一の装置で行うことがで
きる。また、本発明による実施例では、改質装置９の排
熱を燃料ガスの気化に利用することができるので、エネ
ルギーの面でも経済的である。
【００２３】次に、本発明を適用した第２の実施例を説
明する。図３は、その構成を示す系統図である。本実施
例は液体燃料の予備燃料との燃料切替が可能な燃料電池
発電システムの例であって、本実施例における燃料電池
発電システムの基本構成と作用は、図９で説明した従来
例と同様であり、図３に示す符号のうち図９の符号と同
一のものは、同一部分を示している。従って、ここでは
従来例と異なる点を中心に説明する。図９の従来例と
は、気化器１を改質装置９と一体化し改質装置９の排熱
で液体燃料の予備燃料４６を気化させること、及び脱硫
装置５を気化器１の近傍に配置することが大きく異な
る。図３の構成では、予備燃料４６を独立に気化器１へ
導く構成としているため、熱交換器５２と予備燃料流量
検出センサー５３とを設けているが、図９のように熱交
換器３，燃料流量検出センサー４を兼用すれば不要であ
る。なお、図４は本発明を適用した液体燃料の予備燃料
との燃料切替が可能な燃料電池発電システムの一実施例
の燃料切替時における燃料流量と燃料電池出力の時間変
化を表わすグラフである。
明する。図３は、その構成を示す系統図である。本実施
例は液体燃料の予備燃料との燃料切替が可能な燃料電池
発電システムの例であって、本実施例における燃料電池
発電システムの基本構成と作用は、図９で説明した従来
例と同様であり、図３に示す符号のうち図９の符号と同
一のものは、同一部分を示している。従って、ここでは
従来例と異なる点を中心に説明する。図９の従来例と
は、気化器１を改質装置９と一体化し改質装置９の排熱
で液体燃料の予備燃料４６を気化させること、及び脱硫
装置５を気化器１の近傍に配置することが大きく異な
る。図３の構成では、予備燃料４６を独立に気化器１へ
導く構成としているため、熱交換器５２と予備燃料流量
検出センサー５３とを設けているが、図９のように熱交
換器３，燃料流量検出センサー４を兼用すれば不要であ
る。なお、図４は本発明を適用した液体燃料の予備燃料
との燃料切替が可能な燃料電池発電システムの一実施例
の燃料切替時における燃料流量と燃料電池出力の時間変
化を表わすグラフである。
【００２４】本実施例においても、気化器１と改質装置
９を一体化し、気化器１で気化させた燃料ガスを気化器
１に隣接させた脱硫装置５を経て改質装置９に供給する
ことによって、燃料ガスの凝縮を防止することが可能と
なる。その結果、図４に示したように、燃料切替時に予
備燃料供給量を所定量のＦ4に図１０のＴ1より短いＴ2
の時間ですみやかに到達させ、また予備燃料供給量をＦ
4に一定に維持することが可能で、燃料切替時の燃料不
足による燃料電池出力の低下が抑制され、燃料電池出力
を所定量のＷ2に一定に維持することができる。
９を一体化し、気化器１で気化させた燃料ガスを気化器
１に隣接させた脱硫装置５を経て改質装置９に供給する
ことによって、燃料ガスの凝縮を防止することが可能と
なる。その結果、図４に示したように、燃料切替時に予
備燃料供給量を所定量のＦ4に図１０のＴ1より短いＴ2
の時間ですみやかに到達させ、また予備燃料供給量をＦ
4に一定に維持することが可能で、燃料切替時の燃料不
足による燃料電池出力の低下が抑制され、燃料電池出力
を所定量のＷ2に一定に維持することができる。
【００２５】次に、上記各実施例で用いられる改質装置
と一体化した気化器の一例を図５に示す。気化器５４
は、７００℃程度の高温に耐えるように鉄製とする。気
化器５４は高温の改質装置燃焼排ガス５７で全体が加熱
されるように配置され、液体燃料５５はノズル５９から
改質装置燃料排ガス５７で加熱された気化器５４内の管
壁に吹き付けられて気化される。気化された燃料ガス
は、改質装置５８に送られる（燃料ガス５６が硫黄分を
含んでいる場合には脱硫装置を経て改質装置５８に送ら
れる）。
と一体化した気化器の一例を図５に示す。気化器５４
は、７００℃程度の高温に耐えるように鉄製とする。気
化器５４は高温の改質装置燃焼排ガス５７で全体が加熱
されるように配置され、液体燃料５５はノズル５９から
改質装置燃料排ガス５７で加熱された気化器５４内の管
壁に吹き付けられて気化される。気化された燃料ガス
は、改質装置５８に送られる（燃料ガス５６が硫黄分を
含んでいる場合には脱硫装置を経て改質装置５８に送ら
れる）。
【００２６】また、図６に改質装置と一体化した気化器
の別の一例を示す。図６に示す符号のうち図５の符号と
同一のものは、同一部分を示している。気化器５４は７
００℃程度の高温に耐えるように鉄製とする。この例で
は気化器５４全体を改質装置燃焼排ガス５７で加熱し、
気化器５４内部に液体燃料５５を供給し、これを改質装
置５８の排熱で気化させる。気化された燃料ガス５６は
そのまま改質装置５８に送られる（燃料ガス５６が硫黄
分を含んでいる場合には脱硫装置を経て改質装置５８に
送られる）。
の別の一例を示す。図６に示す符号のうち図５の符号と
同一のものは、同一部分を示している。気化器５４は７
００℃程度の高温に耐えるように鉄製とする。この例で
は気化器５４全体を改質装置燃焼排ガス５７で加熱し、
気化器５４内部に液体燃料５５を供給し、これを改質装
置５８の排熱で気化させる。気化された燃料ガス５６は
そのまま改質装置５８に送られる（燃料ガス５６が硫黄
分を含んでいる場合には脱硫装置を経て改質装置５８に
送られる）。
【００２７】なお、本発明は、種々の型式の燃料電池発
電システムに適用できることは言うまでもない。このよ
うに本発明は、その主旨に沿って種々に応用され、種々
の実施態様を取る得るものである。
電システムに適用できることは言うまでもない。このよ
うに本発明は、その主旨に沿って種々に応用され、種々
の実施態様を取る得るものである。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料電池
発電システムによれば、液体燃料の気化器を改質装置と
一体化し、改質装置の排熱で気化を行って、そのまま改
質装置へ燃料ガスを供給できるようにしたので、燃料ガ
スの凝縮を防止することが可能となり、燃料ガスの凝縮
による燃料ガスの不足に起因する燃料電池出力の変動を
防ぐことができる。
発電システムによれば、液体燃料の気化器を改質装置と
一体化し、改質装置の排熱で気化を行って、そのまま改
質装置へ燃料ガスを供給できるようにしたので、燃料ガ
スの凝縮を防止することが可能となり、燃料ガスの凝縮
による燃料ガスの不足に起因する燃料電池出力の変動を
防ぐことができる。
【図１】本発明を適用した液体燃料を燃料とした燃料電
池発電システムの第１の実施例を示す系統図
池発電システムの第１の実施例を示す系統図
【図２】液体燃料を燃料とした燃料電池発電システムの
上記第１の実施例の燃料流量と燃料電池出力の時間変化
を表わすグラフ
上記第１の実施例の燃料流量と燃料電池出力の時間変化
を表わすグラフ
【図３】本発明を適用した液体燃料の予備燃料との燃料
切替が可能な燃料電池発電システムの第２の実施例を示
す系統図
切替が可能な燃料電池発電システムの第２の実施例を示
す系統図
【図４】液体燃料の予備燃料との燃料切替が可能な燃料
電池発電システムの上記第２の実施例の燃料切替時にお
ける燃料流量と燃料電池出力の時間変化を表わすグラフ
電池発電システムの上記第２の実施例の燃料切替時にお
ける燃料流量と燃料電池出力の時間変化を表わすグラフ
【図５】上記各実施例で用いられる改質装置と一体化し
た気化器の一例を示す構成図
た気化器の一例を示す構成図
【図６】上記各実施例で用いられる改質装置と一体化し
た気化器の別な一例を示す構成図
た気化器の別な一例を示す構成図
【図７】液体燃料を燃料とした従来例を示す燃料電池発
電システムの系統図
電システムの系統図
【図８】液体燃料を燃料とした上記燃料電池発電システ
ムの燃料流量と燃料電池出力の時間変化を表わすグラフ
ムの燃料流量と燃料電池出力の時間変化を表わすグラフ
【図９】液体燃料の予備燃料との燃料切替が可能な別な
従来例を示す燃料電池発電システムの系統図
従来例を示す燃料電池発電システムの系統図
【図１０】液体燃料の予備燃料との燃料切替が可能な上
記別な従来例の燃料電池発電システムの燃料切替時にお
ける燃料流量と燃料電池出力の時間変化を表わすグラフ
記別な従来例の燃料電池発電システムの燃料切替時にお
ける燃料流量と燃料電池出力の時間変化を表わすグラフ
１…気化器、２…燃料流量調節弁、３…熱交換器、４…
燃料流量検出センサー、５…脱硫装置、６…熱交換器、
７…水蒸気流量調節弁、８…気水分離器、９…改質装
置、１０…改質バーナ、１１…熱交換器、１２…温度セ
ンサー、１３…ＣＯシフトコンバータ、１４…熱交換
器、１５…凝縮器、１６…熱交換器、１７…燃焼ガス、
１８…直流電力、１９…燃料極、２０…電解質、２１…
空気極、２２…燃料電池、２３…熱交換器、２４…燃料
極排ガス、２５…燃焼空気、２６…補助燃料、２７…熱
交換器、２８…凝縮器、２９…インバータ、３０…交流
電力、３１…空気極排ガス、３２…熱交換器、３３…凝
縮器、３４…空気、３５…生成水、３６…抽水、３７…
負荷電流検出センサー、３８…負荷、３９…制御装置、
４０…加熱燃料、４１…生成水、４２…排ガス、４３…
燃料、４４…水蒸気、４５…排ガス、４６…予備燃料、
４７…予備燃料流量調節弁、４８…分流器、４９…燃料
極排ガス用バーナ、５０…燃焼排ガス、５１…燃料供給
異常検出センサー、５２…熱交換器、５３…予備燃料流
量検出センサー、５４…気化器、５５…液体燃料、５６
…燃料ガス、５７…改質装置燃焼排ガス、５８…改質装
置、５９…ノズル。
燃料流量検出センサー、５…脱硫装置、６…熱交換器、
７…水蒸気流量調節弁、８…気水分離器、９…改質装
置、１０…改質バーナ、１１…熱交換器、１２…温度セ
ンサー、１３…ＣＯシフトコンバータ、１４…熱交換
器、１５…凝縮器、１６…熱交換器、１７…燃焼ガス、
１８…直流電力、１９…燃料極、２０…電解質、２１…
空気極、２２…燃料電池、２３…熱交換器、２４…燃料
極排ガス、２５…燃焼空気、２６…補助燃料、２７…熱
交換器、２８…凝縮器、２９…インバータ、３０…交流
電力、３１…空気極排ガス、３２…熱交換器、３３…凝
縮器、３４…空気、３５…生成水、３６…抽水、３７…
負荷電流検出センサー、３８…負荷、３９…制御装置、
４０…加熱燃料、４１…生成水、４２…排ガス、４３…
燃料、４４…水蒸気、４５…排ガス、４６…予備燃料、
４７…予備燃料流量調節弁、４８…分流器、４９…燃料
極排ガス用バーナ、５０…燃焼排ガス、５１…燃料供給
異常検出センサー、５２…熱交換器、５３…予備燃料流
量検出センサー、５４…気化器、５５…液体燃料、５６
…燃料ガス、５７…改質装置燃焼排ガス、５８…改質装
置、５９…ノズル。
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料電池本体、液体燃料を気化する気化
器を有し該燃料電池本体への燃料を供給する燃料供給
系、改質装置を有し該燃料の改質を行い電池反応に必要
な水素リッチガスをつくる燃料改質系、該燃料電池本体
に酸化剤を供給する酸化剤供給系、該燃料電池本体およ
び周辺装置の冷却を行う冷却系、および付属装置からな
る燃料電池発電システムにおいて、 液体燃料を気化させるための前記気化器を前記改質装置
と一体化し、該液体燃料の気化のために該改質装置の排
熱を用いることを特徴とする燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4007054A JPH05198309A (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4007054A JPH05198309A (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05198309A true JPH05198309A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=11655351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4007054A Pending JPH05198309A (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05198309A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6316134B1 (en) | 1999-09-13 | 2001-11-13 | Ballard Generation Systems, Inc. | Fuel cell electric power generation system |
| JP2005348528A (ja) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Railway Technical Res Inst | 電動機制御装置 |
| JP2008123865A (ja) * | 2006-11-13 | 2008-05-29 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2008123864A (ja) * | 2006-11-13 | 2008-05-29 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 燃料電池システムおよびその運転制御方法 |
-
1992
- 1992-01-20 JP JP4007054A patent/JPH05198309A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6316134B1 (en) | 1999-09-13 | 2001-11-13 | Ballard Generation Systems, Inc. | Fuel cell electric power generation system |
| WO2001020702A3 (en) * | 1999-09-13 | 2002-07-18 | Ballard Generation Systems Inc | Fuel cell electric power generation system |
| US6645652B2 (en) | 1999-09-13 | 2003-11-11 | Ballard Generation Systems Inc. | Fuel cell electric power generation system |
| JP2005348528A (ja) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Railway Technical Res Inst | 電動機制御装置 |
| JP4533671B2 (ja) * | 2004-06-03 | 2010-09-01 | 財団法人鉄道総合技術研究所 | 電動機制御装置及び車両 |
| JP2008123865A (ja) * | 2006-11-13 | 2008-05-29 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2008123864A (ja) * | 2006-11-13 | 2008-05-29 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 燃料電池システムおよびその運転制御方法 |
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