JPH08222256A - 液体燃料切替型燃料電池発電システム - Google Patents

液体燃料切替型燃料電池発電システム

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Publication number
JPH08222256A
JPH08222256A JP7026744A JP2674495A JPH08222256A JP H08222256 A JPH08222256 A JP H08222256A JP 7026744 A JP7026744 A JP 7026744A JP 2674495 A JP2674495 A JP 2674495A JP H08222256 A JPH08222256 A JP H08222256A
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JP
Japan
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fuel
liquid fuel
emergency
flow rate
normal
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JP7026744A
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Inventor
Takashi Nakayama
山 隆 中
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 地震等の非常時に燃料の供給が遮断されたよ
うな場合であっても、液体燃料を気化した状態で貯蔵す
るとことなく、効率面及び安全面を良好に維持しなが
ら、燃料の供給を切替えて液体燃料を供給して発電を続
行することにある。 【構成】 地震等の非常時に、通常時燃料である都市ガ
スの供給が遮断されると、通常時用燃料遮断検出器によ
って、この通常時用燃料供給の遮断が検出される。これ
により、この通常時供給弁が閉成され、同時に、非常用
液体燃料が非常用エジェクタに供給される。これによ
り、液体燃料が気化されて水蒸気と混合され、改質器に
案内されて水素リッチなガスに改質される。次いで、こ
の改質された液体燃料は、変成器を介して燃料電池本体
のアノード側に案内され、その結果、発電が継続され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、通常時には都市ガス等
を改質して発電を行い、地震等の非常時には燃料の供給
を切り替えて液体燃料を供給できる液体燃料切替型燃料
電池発電システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来に係る燃料電池発電システムでは、
図4に示すように、燃料電池本体1のアノード側の燃料
の供給経路としては、燃料としての都市ガスが都市ガス
供給弁2及びHDS3を介して、水蒸気発生器4からの
エジェクタ5により吸引され、改質器6に供給されて改
質され、その後、変成器7によりCOが除去されて、水
素リッチのガスが得られ、このガスが燃料電池本体1の
アノード側に供給されている。一方、燃料電池本体1の
カソード側の供給経路としては、ブロワー8により空気
が取り入れられてカソードに供給されるように構成され
ている。これにより、燃料電池本体1に、上記の水素リ
ッチのガスと空気のうちの酸素とが供給され、電気化学
的反応が生起されて発電されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、地震等の非
常時においては、燃料である都市ガスの供給が遮断され
ることがある。このような場合、都市ガスが継続して供
給されないことから、燃料電池による発電が不可能にな
り、この燃料電池発電システムは、停止されざるを得な
かった。
【0004】このように、都市ガスの供給が遮断された
後、都市ガスの供給が再開された場合に、燃料電池が再
起動されたとしても、燃料電池が安定して発電が可能な
状態になるまでには、数時間を要するといったことがあ
る。そのため、燃料電池の発電停止時間としては、都市
ガスの供給元の復旧に要する時間だけでなく、このよう
な燃料電池の再起動から安定運転までの時間も必要とさ
れる。その結果、通信用電源のように、僅かの電源喪失
も問題となる電源として、都市ガスを燃料とする燃料電
池を使用することは困難であった。
【0005】このような都市ガス供給遮断の問題を解決
するため、例えばメタノールのような貯蔵容易な液体燃
料を常備する方法が提案されている。この方法では、液
体燃料のメタノールが予め気化された状態で常時貯蔵さ
れており、都市ガス供給遮断の非常時には、燃料が都市
ガスから気化されたメタノールに切り替えられ、このメ
タノールが改質され、水素リッチなガスが得られて、発
電が続行されるように構成されている。
【0006】しかしながら、このような方法では、メタ
ノールの液体燃料は、予め気化された状態にて待機する
ように貯蔵されている必要がある。そのため、都市ガス
供給遮断が何時生起されるか予測できない非常時のため
に、メタノールを常時気化させた状態にしておくように
メタノールを加熱してその温度を常時一定に保持するこ
とは、熱効率の面及び安全の面から困難であり、上記方
法の実現性は低かった。
【0007】加えて、メタノールが長時間気化された状
態にされていると、腐食性の強い蟻酸が生起され、機器
が損傷されるといった虞れもあった。
【0008】本発明の目的は、上述したような事情に鑑
みてなされたものであって、地震等の非常時に燃料の供
給が遮断されたような場合であっても、液体燃料を気化
した状態で貯蔵するといったことなく、燃料の供給を切
替えて液体燃料を供給して発電を続行することができ、
熱効率及び安全面での問題のない液体燃料切替型燃料電
池発電システムを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の請求項1に係る液体燃料切替型燃料電池発
電システムは、通常時用燃料供給弁を介して供給された
通常時用燃料をエジェクタにより気化して水蒸気と混合
して、改質器及び変成器を介して燃料電池本体のアノー
ド側に案内すると共に、空気ブロワーにより供給された
空気を燃料電池本体のカソード側に案内し、これによ
り、電気化学反応に基づいて発電を行う液体燃料切替型
燃料電池発電システムにおいて、非常時に、通常時用燃
料の供給が遮断されたことを検出する通常時用燃料遮断
検出器と、この非常時用の液体燃料を貯蔵する貯蔵タン
クと、この非常時用液体燃料を貯蔵タンクから引き出し
て供給する供給手段と、この供給された非常時用液体燃
料を気化して水蒸気と混合して上記改質器に案内する非
常時用エジェクタと、上記通常時用燃料遮断検出器によ
って通常時用燃料供給の遮断が検出されると、上記通常
時用供給弁に弁閉成指令を発し、上記供給手段に非常時
用液体燃料の供給の指令を発すると共に、上記非常時用
エジェクタにこの液体燃料を気化て水蒸気と混合する指
令を発し、これにより、この液体燃料を上記改質器及び
変成器を介して燃料電池本体のアノード側に案内して発
電を継続する制御手段と、を具備することを特徴として
いる。
【0010】また、請求項2に係る液体燃料切替型燃料
電池発電システムは、上記非常時用エジェクタは、水蒸
気により非常時用液体燃料を吸引してこのエジェクタ内
に霧状に噴霧させ、これにより、液体燃料を気化して水
蒸気と混合させることを特徴としている。
【0011】さらに、請求項3に係る液体燃料切替型燃
料電池発電システムは、上記通常時用燃料遮断検出器
は、通常時用燃料の遮断時における燃料の圧力の低下を
検出する圧力センサーであることを特徴としている。
【0012】さらに、請求項4に係る液体燃料切替型燃
料電池発電システムは、非常用液体燃料の流量を検出す
る液体燃料流量検出器と、上記通常時用エジェクタ及び
非常時用エジェクタに供給される水蒸気の流量を検出す
る水蒸気流量検出器と、を更に具備し、上記制御手段
は、これら液体燃料流量検出器及び水蒸気流量検出器か
らの信号を受けて、上記供給手段に、水蒸気流量と液体
燃料流量との比を所定比率にする指令を発することを特
徴としている。
【0013】さらに、請求項5に係る液体燃料切替型燃
料電池発電システムは、上記改質器は、通常時用燃料及
び非常時用液体燃料の双方を改質することを特徴として
いる。
【0014】
【作用】先ず、請求項1によれば、地震等の非常時に、
通常時燃料である都市ガスの供給が遮断されると、通常
時用燃料遮断検出器によって、この通常時用燃料供給の
遮断が検出される。これにより、制御手段から通常時用
供給弁に弁閉成指令が発せられて、この通常時供給弁が
閉成される。同時に、制御手段から供給手段に非常時用
液体燃料の供給の指令が発せられて、非常用液体燃料が
非常用エジェクタに供給される。この時、制御手段から
非常時用エジェクタにこの液体燃料を気化て水蒸気と混
合する指令が発せられる。これにより、液体燃料が気化
されて水蒸気と混合され、改質器に案内されて水素リッ
チなガスに改質される。次いで、この改質された液体燃
料は、変成器を介して燃料電池本体のアノード側に案内
され、その結果、発電が継続される。
【0015】従って、地震等の非常時に燃料の供給が遮
断されたような場合であっても、従来のように液体燃料
を常時気化した状態で貯蔵する必要がなく、燃料の供給
を切替えて液体燃料を供給して発電を続行することがで
き、熱効率面及び安全面に優れた燃料電池発電システム
を提供できる。
【0016】また、請求項2によれば、非常時用エジェ
クタは、水蒸気により非常時用液体燃料を吸引してこの
エジェクタ内に霧状に噴霧させ、これにより、液体燃料
を気化して水蒸気と混合させるように構成されている。
この構成が、液体燃料を気化状態で貯蔵する必要をなく
すために、液体燃料を気化する一例である。
【0017】さらに、請求項3によれば、通常時用燃料
遮断検出器は、通常時用燃料の遮断時における燃料の圧
力の低下を検出する圧力センサーである。都市ガス等の
通常時燃料の遮断は、その圧力の低下により検出される
からである。
【0018】さらに、請求項4によれば、非常用液体燃
料の流量を検出する液体燃料流量検出器と、通常時用エ
ジェクタ及び非常時用エジェクタに供給される水蒸気の
流量を検出する水蒸気流量検出器と、を更に具備し、制
御手段は、これら液体燃料流量検出器及び水蒸気流量検
出器からの信号を受けて、上記供給手段に、水蒸気流量
と液体燃料流量との比を所定比率にする指令を発するよ
うに構成されている。この構成により、水蒸気流量と液
体燃料流量との比を所定のスチーム・カーボン比に設定
することができる。
【0019】さらに、請求項5によれば、改質器は、通
常時用燃料及び非常時用液体燃料の双方を改質するよう
に構成されている。このように、改質器には、これら両
燃料を改質する触媒が設けられており、これにより、都
市ガス等の通常時燃料だけでなく、液体燃料も水素リッ
チなガスに変えることができ、都市ガス等の場合と同様
に発電を続行できる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例に係る液体燃料切替型
燃料電池発電システムを図面を参照しつつ説明する。
【0021】図1は、本発明の第1実施例に係る液体燃
料切替型燃料電池発電システムのブロック図である。こ
の第1実施例においては、都市ガス等の通常時燃料と、
地震等の非常時の液体燃料とが切替えられるが、先ず、
通常時燃料の供給経路について説明する。
【0022】図1に示すように、燃料電池本体1のアノ
ード側の通常時燃料の供給経路としては、都市ガスの流
入口に、都市ガス供給弁2及びHDS3が接続されてお
り、このHDS3に、水蒸気発生器4に接続された通常
時用エジェクタ5が接続されている。この通常時用エジ
ェクタ5は、水蒸気発生器4から供給された水蒸気によ
って都市ガスを吸引してこのエジェクタ5内に霧状に噴
霧させ、水蒸気と混合させるように構成されている。こ
の通常時用エジェクタ5は、改質器6に接続され、さら
に変成器7を介して燃料電池本体1のアノード側に接続
されている。霧状にされ水蒸気と混合された液体燃料
は、改質器6に供給されて改質され、その後、変成器7
によりCOが除去されて、水素リッチのガスが得られ、
このガスが燃料電池本体1のアノード側に供給される。
【0023】一方、燃料電池本体1のカソード側の供給
経路としては、ブロワー8により空気が取り入れられて
カソードに供給されるように構成されている。これによ
り、燃料電池本体1に、上記の水素リッチのガスと空気
のうちの酸素とが供給され、電気化学的反応が生起され
て発電されている。次に、非常時用の液体燃料の燃料電
池本体1のアノード側への供給経路について説明する。
図1に示すように、メタノールの液体燃料を液体のまま
貯蔵するメタノール貯蔵タンク10が設けられている。
このメタノール貯蔵タンク10に、このタンク内からメ
タノールを引き出して供給するためのメタノール供給用
ポンプ11が接続されている。このメタノール供給用ポ
ンプ11には、弁12aを有するバイパス管12が設け
られている。メタノール供給用ポンプ11には、メタノ
ールの流量を調節するための制御弁であるメタノール流
量調節弁13が接続され、さらに、メタノールの流量を
検出するためのメタノール流量検出器14が接続されて
いる。このメタノール流量検出器14に、水蒸気発生器
4に接続された非常時用エジェクタ15が接続されてい
る。この非常用エジェクタ15は、細孔を有し、水蒸気
によりメタノールを吸引してこのエジェクタ15内に霧
状に噴霧させ、これにより、メタノールを気化して水蒸
気と混合させるように構成されている。このエジェクタ
15と水蒸気発生器4との間には、水蒸気の流量を検出
するための水蒸気流量検出器16が設けられている。
【0024】さらに、この非常時用のメタノールの供給
を制御するためのコントローラ17が設けられている。
都市ガスの圧力を検出して圧力が所定値以下に低下して
いる場合に、都市ガスが遮断されていることを検出する
圧力スイッチの都市ガス圧力検出器18が設けられてい
る。コントローラ17には、この都市ガス検出器18か
らの都市ガスの圧力の検出データ、メタノール流量検出
器14からのメタノールの流量データ、及び水蒸気流量
検出器16からの水蒸気の流量データが送信される。一
方、コントローラ17からは、都市ガスの供給が遮断さ
れた時に通常時用供給弁2に弁閉成指令が発せられ、メ
タノール供給用可変速ポンプ11にメタノールの供給の
指令が発せられ、メタノール調節弁13にメタノールの
流量の調節指令が発せられ、非常用エジェクタにメタノ
ールを気化して水蒸気と混合する指令が発せられる。
【0025】本実施例に係る液体燃料切替型燃料電池発
電システムは、以上のように構成されているため、以下
のように作用する。
【0026】地震等の非常時に、通常時燃料である都市
ガスの供給が遮断されると、都市ガス圧力検出器18に
よって、都市ガスの圧力の低下が検出されて、この圧力
低下のデータがコントローラ17に送られる。コントロ
ーラ17からは、このデータに基づいて、都市ガス供給
弁2及び通常時用エジェクタ5の閉成指令が発生られ、
これらが閉成される。同時に、コントローラ17からメ
タノール供給用ポンプ11にメタノール供給の指令が発
せられて、メタノールが非常用エジェクタ15に供給さ
れる。この時、コントローラ17から非常時用エジェク
タ15にメタノールを気化して水蒸気と混合する指令が
発せられる。これにより、メタノールは、水蒸気発生器
4から供給された水蒸気によって吸引されるとと共に、
高温の水蒸気によって気化され水蒸気と混合されて改質
器6に案内される。
【0027】改質器6の触媒は、都市ガス及びメタノー
ルの双方を改質できるため、改質器6内では、 CH3 OH → CO + 2H2 (分解) CO + 3H2 → CH4 + H2 O (メタネーション) CH4 + H2 O → CO + 3H2 (改質) CO + H2 O → CO2 + H2 (一部変成) のような反応により CH4 ,CO,CO2 ,H2 ,H
2 O の混合ガスが生起される。この大部分は、H2
水素リッチガスであり、燃料電池本体1の電池アノード
側に供給されて、このH2 が反応に使われ、発電に必要
な燃料ガスがまかなわれる。
【0028】但し、メタノールの流量は、必要量に制御
するため、コントローラ17からの指令によってメタノ
ール流量調節弁13の開度が調節されて、制御されてい
る。また、コントローラ17は、メタノール流量検出器
14及び水蒸気流量検出器16からの信号を受けて、水
蒸気流量とメタノール流量との比を所定比率にする指令
を発するように構成されている。これにより、水蒸気流
量とメタノール流量との比を所定のスチーム・カーボン
比に設定することができる。具体的には、メタノール流
量検出器14からメタノール流量のデータに基づいて必
要な水蒸気流量が計算され、この水蒸気流量の指令値と
水蒸気流量検出器16からのフィードバック値とにより
非常用エジェクタ15の開度が制御される。このように
して、都市ガスが遮断されても、メタノールと水蒸気が
必要量直ちに代替として燃料改質系に供給され必要な制
御が行なわれて従来からの発電を継続できる。
【0029】従って、地震等の非常時に燃料の供給が遮
断されたような場合であっても、従来のように液体燃料
を常時気化した状態で貯蔵する必要がなく、燃料の供給
を切替えて液体燃料を供給して発電を続行することがで
き、熱効率面及び安全面に優れた燃料電池発電システム
を提供できる。
【0030】次に、図2を参照して、本発明の第2実施
例を説明する。
【0031】第1実施例においては、メタノールの燃料
供給手段としてポンプ11を用い、メタノールの流量調
節手段として制御弁13を用いている。本実施例では、
これらに代えて、両者の機能を一体化し、制御弁は省略
して、回転数制御可能な可変速ポンプ21がメタノール
供給手段として設けられている。これにより、システム
が簡略化される。その他の構成及び作用は第1実施例と
同様である。
【0032】次に、図3を参照して、本発明の第3実施
例を説明する。
【0033】また、第1実施例では、非常用エジェクタ
15に供給される水蒸気の流量を検出する水蒸気流量検
出器16は、水蒸気発生器4と非常用エジェクタ15と
の間に設けられている。本実施例では、これに代えて、
通常時用エジェクタ5と非常用エジェクタ15との共用
部分の管に、水蒸気流量検出器22が設けられている。
これにより、都市ガスの場合の水蒸気流量もはかること
ができ、共用することができる。
【0034】なお、本実施例は、上述した実施例に限定
されないのは勿論であり、種々変形可能である。たとえ
ば、都市ガスの遮断を検出する手段は、圧力スイッチで
はなく、遠隔地からの人為的な信号とすることも可能で
ある。
【0035】
【発明の効果】以上述べたように、請求項1によれば、
地震等の非常時に燃料の供給が遮断されたような場合で
あっても、従来のように液体燃料を常時気化した状態で
貯蔵する必要がなく、燃料の供給を切替えて液体燃料を
供給して発電を続行することができ、熱効率面及び安全
面に優れた燃料電池発電システムを提供できる。
【0036】また、請求項2によれば、非常時用エジェ
クタは、水蒸気により非常時用液体燃料を吸引してこの
エジェクタ内に霧状に噴霧させ、これにより、液体燃料
を気化して水蒸気と混合させるように構成されている。
この構成が、液体燃料を気化状態で貯蔵する必要をなく
すために、液体燃料を気化する一例である。
【0037】さらに、請求項3によれば、通常時用燃料
遮断検出器は、通常時用燃料の遮断時における燃料の圧
力の低下を検出する圧力センサーである。都市ガス等の
通常時燃料の遮断は、その圧力の低下により検出される
からである。
【0038】さらに、請求項4によれば、非常用液体燃
料の流量を検出する液体燃料流量検出器と、通常時用エ
ジェクタ及び非常時用エジェクタに供給される水蒸気の
流量を検出する水蒸気流量検出器と、を更に具備し、制
御手段は、これら液体燃料流量検出器及び水蒸気流量検
出器からの信号を受けて、上記供給手段に、水蒸気流量
と液体燃料流量との比を所定比率にする指令を発するよ
うに構成されている。この構成により、水蒸気流量と液
体燃料流量との比を所定のスチーム・カーボン比に設定
することができる。
【0039】さらに、請求項5によれば、改質器は、通
常時用燃料及び非常時用液体燃料の双方を改質するよう
に構成されている。このように、改質器には、これら両
燃料を改質する触媒が設けられており、これにより、都
市ガス等の通常時燃料だけでなく、液体燃料も水素リッ
チなガスに変えることができ、都市ガス等の場合と同様
に発電を続行できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る液体燃料切替型燃料
電池発電システムのブロック図。
【図2】本発明の第2実施例に係る液体燃料切替型燃料
電池発電システムのブロック図。
【図3】本発明の第3実施例に係る液体燃料切替型燃料
電池発電システムのブロック図。
【図4】従来に係る燃料電池発電システムのブロック
図。
【符号の説明】
1 燃料電池本体 2 都市ガス供給弁(通常時用燃料供給弁) 3 HDS 4 水蒸気発生器 5 通常時用エジェクタ 6 改質器 7 変成器 8 空気ブロワー 10 メタノール貯蔵タンク(非常時用液体燃料貯蔵タ
ンク) 11 メタノール供給用ポンプ(非常時用液体燃料の供
給手段) 12 ポンプバイパス管 13 メタノール流量調節弁 14 メタノール流量検出器(非常時用流量検出器) 15 非常時用エジェクタ 16 水蒸気流量検出器 17 コントローラ(制御手段) 18 都市ガス圧力検出器(通常時用燃料遮断検出器)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】通常時用燃料供給弁を介して供給された通
    常時用燃料をエジェクタにより気化して水蒸気と混合し
    て、改質器及び変成器を介して燃料電池本体のアノード
    側に案内すると共に、空気ブロワーにより供給された空
    気を燃料電池本体のカソード側に案内し、これにより、
    電気化学反応に基づいて発電を行う液体燃料切替型燃料
    電池発電システムにおいて、 非常時に、通常時用燃料の供給が遮断されたことを検出
    する通常時用燃料遮断検出器と、 この非常時用の液体燃料を貯蔵する貯蔵タンクと、 この非常時用液体燃料を貯蔵タンクから引き出して供給
    する供給手段と、 この供給された非常時用液体燃料を気化して水蒸気と混
    合して上記改質器に案内する非常時用エジェクタと、 上記通常時用燃料遮断検出器によって通常時用燃料供給
    の遮断が検出されると、上記通常時用供給弁に弁閉成指
    令を発し、上記供給手段に非常時用液体燃料の供給の指
    令を発すると共に、上記非常時用エジェクタにこの液体
    燃料を気化て水蒸気と混合する指令を発し、これによ
    り、この液体燃料を上記改質器及び変成器を介して燃料
    電池本体のアノード側に案内して発電を継続する制御手
    段と、を具備することを特徴とする液体燃料切替型燃料
    電池発電システム。
  2. 【請求項2】上記非常時用エジェクタは、水蒸気により
    非常時用液体燃料を吸引してこのエジェクタ内に霧状に
    噴霧させ、これにより、液体燃料を気化して水蒸気と混
    合させる請求項1に記載の液体燃料切替型燃料電池発電
    システム。
  3. 【請求項3】上記通常時用燃料遮断検出器は、通常時用
    燃料の遮断時における燃料の圧力の低下を検出する圧力
    センサーである請求項1又は2に記載の液体燃料切替型
    燃料電池発電システム。
  4. 【請求項4】非常用液体燃料の流量を検出する液体燃料
    流量検出器と、 上記通常時用エジェクタ及び非常時用エジェクタに供給
    される水蒸気の流量を検出する水蒸気流量検出器と、を
    更に具備し、 上記制御手段は、これら液体燃料流量検出器及び水蒸気
    流量検出器からの信号を受けて、上記供給手段に、水蒸
    気流量と液体燃料流量との比を所定比率にする指令を発
    する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の液体燃料切
    替型燃料電池発電システム。
  5. 【請求項5】上記改質器は、通常時用燃料及び非常時用
    液体燃料の双方を改質する請求項1乃至4のいずれか1
    項に記載の液体燃料切替型燃料電池発電システム。
JP7026744A 1995-02-15 1995-02-15 液体燃料切替型燃料電池発電システム Pending JPH08222256A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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