JP5262638B2 - Fuel cell power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化石原料などから一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスを生成する改質部を備えた燃料電池発電システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell power generation system including a reforming unit that generates a hydrogen-containing gas having a low carbon monoxide concentration from a fossil raw material.
近年、分散型エネルギー供給源として、小型で高効率な発電が可能である燃料電池スタック(以下、単に「燃料電池」という)を用いた燃料電池発電システムの開発が進められている。なお、燃料電池発電システムは、発電部の本体である燃料電池に、水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給して、水素と酸素との電気化学反応により発生する化学的なエネルギーを、電気的なエネルギーとして取り出して発電するシステムである。 In recent years, development of a fuel cell power generation system using a fuel cell stack (hereinafter simply referred to as “fuel cell”) capable of generating power with a small size and high efficiency as a distributed energy supply source has been promoted. The fuel cell power generation system supplies a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas to a fuel cell, which is a main body of a power generation unit, and electrically generates chemical energy generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. It is a system that generates electricity by taking it out as valuable energy.
しかし、現状では、燃料電池に必要な水素含有ガスを供給するインフラストラクチャーは整備されていない。 However, at present, an infrastructure for supplying the hydrogen-containing gas necessary for the fuel cell has not been established.
そこで、従来の燃料電池発電システムは、都市ガスまたはLPGなどを原料とし、Ru触媒やNi触媒を用いて600〜700℃の温度で水蒸気と改質反応させる水蒸気改質部を介して水素含有ガスを発生する水素生成装置が設けられている。 Therefore, the conventional fuel cell power generation system uses a gas containing hydrogen via a steam reforming section that uses city gas or LPG as a raw material and reforms with steam at a temperature of 600 to 700 ° C. using a Ru catalyst or Ni catalyst. A hydrogen generator for generating
しかし、改質反応により得られる水素含有ガスには、通常、原料に由来する一酸化炭素が含まれ、その濃度が高いと、燃料電池の発電特性が低下する。 However, the hydrogen-containing gas obtained by the reforming reaction usually contains carbon monoxide derived from the raw material, and when the concentration thereof is high, the power generation characteristics of the fuel cell deteriorate.
そこで、水素生成装置には、水蒸気改質部の他に、一酸化炭素を低減させるために、変成部や選択酸化部などの反応部が設けられている。 Therefore, in addition to the steam reforming unit, the hydrogen generator is provided with a reaction unit such as a shift unit and a selective oxidation unit in order to reduce carbon monoxide.
また、燃料電池発電システムは、燃料電池のアノードから排出される水素含有ガス(以下、「アノードオフガス」という)を水素生成装置に戻して燃焼させて、改質反応により、効率の向上をはかる方法が一般的である。 The fuel cell power generation system is a method for improving efficiency by reforming reaction by returning a hydrogen-containing gas (hereinafter referred to as “anode off-gas”) discharged from the anode of the fuel cell to the hydrogen generator and burning it. Is common.
一般に、燃料電池発電システムは、上述のような、燃料電池や水素生成装置などの多くの装置で構成されるため、高い効率で運転するには、それぞれの装置を適切な条件で運転することが必要となる。特に、運転に最適な水素含有ガスの安定供給には、水素生成装置でのアノードオフガスの燃焼を安定化して改質反応を行うことが重要である。 In general, since a fuel cell power generation system is composed of many devices such as the fuel cell and the hydrogen generator as described above, each device can be operated under appropriate conditions in order to operate with high efficiency. Necessary. In particular, in order to stably supply the hydrogen-containing gas optimal for operation, it is important to perform the reforming reaction by stabilizing the combustion of the anode off gas in the hydrogen generator.
そこで、アノードオフガスの燃焼を安定化させるために、水蒸気改質部の改質触媒温度に応じて、燃料電池の負荷電流を一時的に増減させて、アノードオフガス流量や燃焼用空気の流量を制御し、適正に燃焼させる例が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in order to stabilize the combustion of the anode off gas, the load current of the fuel cell is temporarily increased or decreased according to the reforming catalyst temperature of the steam reforming section to control the anode off gas flow rate and the combustion air flow rate. An example of proper combustion is disclosed (for example, see Patent Document 1).
また、アノードオフガスの燃焼状態を検出して、燃焼空気供給装置の燃焼用空気の流量を適正に制御する例が開示されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, an example is disclosed in which the combustion state of the anode off gas is detected to appropriately control the flow rate of combustion air in the combustion air supply device (see, for example, Patent Document 2).
また、例えばフィルターの目詰まりなどにより、燃焼用空気流量が設定量で供給されていない場合、改質触媒温度の温度変化を検出して燃焼用空気流量を補正し、長期間の運転時においても各装置を適切な条件で運転する例が開示されている(例えば、特許文献3参照)。
特許文献1、2に開示された燃料電池発電システムによれば、燃焼用空気の流量を計測する検出器などを介して制御することにより、水素生成装置でのアノードオフガスの燃焼を安定化させることができる。しかしながら、上記従来の構成では、検出器の動作が適正でなく、例えば検出値が正確でなければ、水素生成装置でのアノードオフガスの燃焼を安定化できない。
According to the fuel cell power generation systems disclosed in
また、特許文献3に開示された燃料電池発電システムによれば、燃焼用空気の流量を計測する検出器は不要となるが、発電運転中に発生する短期的な燃焼空気の流量変化を検出できないという課題がある。
Further, according to the fuel cell power generation system disclosed in
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、運転に最適な水素含有ガスを安定に供給する改質部を備えた燃料電池発電システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a fuel cell power generation system including a reforming unit that stably supplies a hydrogen-containing gas optimum for operation.
上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池発電システムでは、原料と水蒸気との改質反応により水素含有ガスを生成させる改質部と、改質反応における反応温度を検出する改質温度検出部と、燃焼用空気を供給する燃焼空気供給部と、燃焼用空気の流量を計測する空気流量計測部と、水素含有ガスおよび酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池と、燃料電池から戻される水素含有ガスを燃焼させ、改質反応に必要な熱を供給する燃焼部と、燃焼部から供給される熱により水蒸気を発生させる水蒸気発生部と、空気流量計測部の計測動作が適正かどうかを判断する検出部と、運転制御部と、を少なくとも備え、運転制御部は、少なくとも空気流量計測部で計測される流量に基づいて燃焼空気供給部の動作を制御するとともに、検出部の検出値に基づいて空気流量計測部の計測動作が適正かどうかを判断する構成を有する。 In order to solve the above-described conventional problems, in the fuel cell power generation system of the present invention, a reforming unit that generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction between a raw material and steam, and a reforming that detects a reaction temperature in the reforming reaction A temperature detection unit; a combustion air supply unit that supplies combustion air; an air flow rate measurement unit that measures the flow rate of combustion air; a fuel cell that is supplied with a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas to generate power; and a fuel cell Combustion unit that burns the hydrogen-containing gas returned from the reactor and supplies heat necessary for the reforming reaction, a steam generation unit that generates steam by the heat supplied from the combustion unit, and the measurement operation of the air flow measurement unit are appropriate At least a detection unit for determining whether or not the operation control unit controls the operation of the combustion air supply unit based on at least the flow rate measured by the air flow rate measurement unit. Detection value measurement operation of the air flow measuring unit based on the parts having a configuration to determine whether proper.
この構成により、燃焼用空気の流量を空気流量計測部の計測値で制御するとともに、その計測値が正しいか否かを検出部の検出値で判断し、最適に制御できる。その結果、空気流量計測部と検出部の2段階で燃焼用空気の流量を制御して、安全で信頼性の高い燃料電池発電システムを実現できる。 With this configuration, the flow rate of the combustion air is controlled by the measurement value of the air flow rate measurement unit, and whether or not the measurement value is correct is determined by the detection value of the detection unit and can be optimally controlled. As a result, it is possible to realize a safe and highly reliable fuel cell power generation system by controlling the flow rate of combustion air in two stages of an air flow rate measurement unit and a detection unit.
本発明によれば、検出器の検出値で、空気流量計測部の計測動作が適正かどうかを判断して運転制御部で制御することにより、信頼性に優れた燃料電池発電システムを実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a highly reliable fuel cell power generation system by determining whether the measurement operation of the air flow rate measurement unit is appropriate based on the detection value of the detector and controlling the operation by the operation control unit.
第1の発明は、原料と水蒸気との改質反応により水素含有ガスを生成させる改質部と、改質反応における反応温度を検出する改質温度検出部と、燃焼用空気を供給する燃焼空気供給部と、燃焼用空気の流量を計測する空気流量計測部と、水素含有ガスおよび酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池と、燃料電池から戻される水素含有ガスを燃焼させ、改質反応に必要な熱を供給する燃焼部と、燃焼部から供給される熱により水蒸気を発生させる水蒸気発生部と、空気流量計測部の計測動作が適正かどうかを判断する検出部と、運転制御部と、を少なくとも備え、運転制御部は、少なくとも空気流量計測部で計測される流量に基づいて燃焼空気供給部の動作を制御するとともに、検出部の検出値に基づいて空気流量計測部の計測動作が適正かどうかを判断する燃料電池発電システムである。 The first invention includes a reforming unit that generates a hydrogen-containing gas by a reforming reaction between a raw material and steam, a reforming temperature detecting unit that detects a reaction temperature in the reforming reaction, and combustion air that supplies combustion air A supply unit, an air flow rate measurement unit for measuring the flow rate of combustion air, a fuel cell that is supplied with hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas to generate power, and a hydrogen-containing gas returned from the fuel cell is burned to perform a reforming reaction A combustion section that supplies heat necessary for the operation, a steam generation section that generates steam by heat supplied from the combustion section, a detection section that determines whether the measurement operation of the air flow measurement section is appropriate, and an operation control section, The operation control unit controls the operation of the combustion air supply unit based on at least the flow rate measured by the air flow rate measurement unit, and the measurement operation of the air flow rate measurement unit is performed based on the detection value of the detection unit. Appropriate It is a fuel cell power generation system to determine whether.
この構成により、燃焼用空気の流量を空気流量計測部の計測値で制御するとともに、その計測値が正しいか否かを検出部の検出値で判断し、最適に制御できる。その結果、空気流量計測部と検出部の2段階で燃焼用空気の流量を制御して、安全で信頼性の高い燃料電池発電システムを実現できる。 With this configuration, the flow rate of the combustion air is controlled by the measurement value of the air flow rate measurement unit, and whether or not the measurement value is correct is determined by the detection value of the detection unit and can be optimally controlled. As a result, it is possible to realize a safe and highly reliable fuel cell power generation system by controlling the flow rate of combustion air in two stages of an air flow rate measurement unit and a detection unit.
第2の発明は、第1の発明において、燃焼部に火炎中のイオン電流値を検出する燃焼検出部を設け、運転制御部は、検出部の検出値である、改質温度検出部で検出される反応温度と、燃焼検出部で検出されるイオン電流値に基づいて、空気流量計測部の計測動作が適正かどうかを判断して制御する。 According to a second invention, in the first invention, the combustion unit is provided with a combustion detection unit for detecting an ionic current value in the flame, and the operation control unit is detected by the reforming temperature detection unit which is a detection value of the detection unit. On the basis of the reaction temperature to be detected and the ion current value detected by the combustion detection unit, it is determined whether or not the measurement operation of the air flow rate measurement unit is appropriate.
これにより、反応温度とイオン電流値を検出部の検出値として、空気流量計測部の計測動作が適正かを判断して制御できる。 Thereby, it can be controlled by determining whether the measurement operation of the air flow rate measurement unit is appropriate using the reaction temperature and the ion current value as the detection value of the detection unit.
第3の発明は、第2の発明において、運転制御部は、反応温度が減少し、かつイオン電流値が減少する場合、または、反応温度が増加し、かつイオン電流値が増加する場合に、空気流量計測部の計測動作が予め設定される適正計測動作の範囲外と判断して制御する。 According to a third invention, in the second invention, the operation control unit is configured such that the reaction temperature decreases and the ion current value decreases, or the reaction temperature increases and the ion current value increases. Control is performed by determining that the measurement operation of the air flow rate measurement unit is outside the range of the appropriate measurement operation set in advance.
これにより、空気流量計測部の動作不良を短期間で判断して燃料電池発電システムを制御できる。 Accordingly, it is possible to control the fuel cell power generation system by judging the malfunction of the air flow rate measurement unit in a short period of time.
第4の発明は、第2の発明において、反応温度に所定の反応温度閾値、およびイオン電流値に所定の電流値閾値を設け、運転制御部は、反応温度が反応温度閾値を下回る、およびイオン電流値が電流値閾値を下回る場合、または、反応温度が反応温度閾値を上回る、およびイオン電流値が電流値閾値を上回る場合に、空気流量計測部の計測動作が予め設定される適正計測動作の範囲外と判断して制御する。 According to a fourth aspect, in the second aspect, the reaction temperature is set to a predetermined reaction temperature threshold value and the ion current value is set to a predetermined current value threshold value. When the current value falls below the current value threshold value, or when the reaction temperature exceeds the reaction temperature threshold value and the ion current value exceeds the current value threshold value, the measurement operation of the air flow rate measurement unit is set to a proper measurement operation. Control outside the range.
第5の発明は、第1の発明において、水蒸気発生部に水蒸気雰囲気温度を検出する水蒸気温度検出部を設け、運転制御部は、検出部の検出値である、改質温度検出部で検出される反応温度と、水蒸気温度検出部で検出される水蒸気雰囲気温度に基づいて、空気流量計測部の計測動作が適正かどうかを判断して制御する。 According to a fifth invention, in the first invention, the water vapor generation unit is provided with a water vapor temperature detection unit for detecting a water vapor atmosphere temperature, and the operation control unit is detected by the reforming temperature detection unit, which is a detection value of the detection unit. On the basis of the reaction temperature and the water vapor atmosphere temperature detected by the water vapor temperature detector, it is determined whether or not the measurement operation of the air flow rate measurement unit is appropriate.
これにより、反応温度と水蒸気雰囲気温度を検出部の検出値として、空気流量計測部の計測動作が適正かを判断して制御できる。 Thereby, it can be controlled by determining whether the measurement operation of the air flow rate measurement unit is appropriate using the reaction temperature and the water vapor atmosphere temperature as the detection values of the detection unit.
第6の発明は、第5の発明において、運転制御部は、反応温度が減少し、かつ水蒸気雰囲気温度が増加する場合、または、反応温度が増加し、かつ水蒸気雰囲気温度が減少する場合に、空気流量計測部の計測動作が予め設定される適正計測動作の範囲外と判断して制御する。 In a sixth aspect based on the fifth aspect, the operation control unit, when the reaction temperature decreases and the water vapor atmosphere temperature increases, or when the reaction temperature increases and the water vapor atmosphere temperature decreases, Control is performed by determining that the measurement operation of the air flow rate measurement unit is outside the range of the appropriate measurement operation set in advance.
第7の発明は、第5の発明において、反応温度に予め反応温度閾値、および水蒸気雰囲気温度に予め水蒸気温度閾値を設け、運転制御部は、反応温度が反応温度閾値を上回る、および水蒸気雰囲気温度が水蒸気温度閾値を下回る場合、または、反応温度が反応温度閾値を下回る、および水蒸気雰囲気温度が水蒸気温度閾値を上回る場合に、空気流量計測部の計測動作が予め設定される適正計測動作の範囲外と判断する。 In a fifth aspect based on the fifth aspect, the reaction temperature threshold is set in advance in the reaction temperature, and the water vapor temperature threshold is set in advance in the water vapor atmosphere temperature, and the operation control unit is configured so that the reaction temperature exceeds the reaction temperature threshold, and the water vapor atmosphere temperature. Is below the water vapor temperature threshold, or when the reaction temperature falls below the reaction temperature threshold, and the water vapor atmosphere temperature exceeds the water vapor temperature threshold, the measurement operation of the air flow measurement unit is outside the range of the appropriate measurement operation set in advance. Judge.
弟8の発明は、第1の発明において、燃料電池に発電電圧を検出する電圧検出部を設け、運転制御部は、検出部の検出値である、改質温度検出部で検出される反応温度と、電圧検出部で検出される発電電圧に基づいて、空気流量計測部の計測動作が適正かどうかを判断して制御する。
According to the invention of the
これにより、反応温度と発電電圧を検出部の検出値として、空気流量計測部の計測動作が適正かを判断して制御できる。 Thereby, it can be controlled by determining whether the measurement operation of the air flow rate measurement unit is appropriate using the reaction temperature and the generated voltage as detection values of the detection unit.
第9の発明は、第8の発明において、運転制御部は、反応温度が減少し、かつ発電電圧が減少する場合、または、反応温度が増加し、かつ発電電圧が増加する場合に、空気流量計測部の計測動作が異常と判断して制御する。 In a ninth aspect based on the eighth aspect, the operation control unit determines whether the air flow rate when the reaction temperature decreases and the generated voltage decreases, or when the reaction temperature increases and the generated voltage increases. Control is performed by determining that the measurement operation of the measurement unit is abnormal.
第10の発明は、第8の発明において、反応温度に予め反応温度閾値、および発電電圧に予め電圧閾値を設け、運転制御部は、反応温度の反応温度閾値、および発電電圧の電圧閾値を上回る場合、または、反応温度の反応温度閾値、および発電電圧の電圧閾値を下回る場合に、空気流量計測部の計測動作が異常と判断して制御する。 According to a tenth aspect, in the eighth aspect, a reaction temperature threshold is set in advance for the reaction temperature and a voltage threshold is set for the generated voltage in advance, and the operation control unit exceeds the reaction temperature threshold for the reaction temperature and the voltage threshold for the generated voltage. In the case, or when the reaction temperature falls below the reaction temperature threshold of the reaction temperature and the voltage threshold of the generated voltage, the measurement operation of the air flow rate measurement unit is determined to be abnormal and is controlled.
これらにより、空気流量計測部の動作不良を短期間で判断して燃料電池発電システムを制御できる。 Accordingly, it is possible to control the fuel cell power generation system by judging the malfunction of the air flow rate measurement unit in a short period of time.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the same components as those of the above-described embodiments will be denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
まず、以下に本発明の実施の形態1における燃料電池発電システムの構成について、詳細に説明する。
(Embodiment 1)
First, the configuration of the fuel cell power generation system according to
図1は、本発明の実施の形態1における燃料電池発電システムを示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell power generation system according to
図1に示すように、燃料電池発電システム100は、水素含有ガスを生成させる水素生成装置1と、水素生成装置1から供給された水素含有ガスを用いて発電を行う燃料電池8と、水素生成装置1から燃料電池8へ水素含有ガスを供給する水素ガス供給経路12と、燃料電池8で排出される水素含有ガス(アノードオフガス)を水素生成装置1の燃焼部2に供給するオフガス経路14と、燃焼ガス供給経路15とを備えている。
As shown in FIG. 1, a fuel cell
そして、オフガス経路14には、水素生成装置1から水素含有ガスの供給を封止する封止部9が設けられ、封止部9は水素生成装置バイパス経路11と燃料電池バイパス経路13に接続されている。また、水素ガス供給経路12には、水素生成装置1から水素含有ガスの供給を封止する封止部9Aが設けられ、封止部9Aは燃料電池バイパス経路13に接続されている。ここで、封止部9,9Aは、複数の電磁弁を組み合わせた構成(詳細説明は省略する)からなり、水素ガス供給経路12、水素生成装置バイパス経路11および燃料電池バイパス経路13から供給されるガスの流通を切り替える切替機能も備えている。
The off-
また、燃料電池8は、酸素含有ガスとしての空気を供給する燃料電池空気ブロア17と、燃料電池8の発電電圧を検出する電圧検出部28を備えている。そして、燃料電池8の他の構成は、一般的な固体高分子型の燃料電池と同等であるので詳細な説明は省略する。
Further, the
また、水素生成装置1は、水を供給する水供給部3と、炭化水素系の原料に含まれる硫黄成分を吸着して除去する脱硫部5と、原料と水とを用いて水素含有ガスを生成させる改質部30と、原料の流量(原料流量)を制御する原料供給部4と、原料供給部4や水供給部3の動作を少なくとも制御する運転制御部16とを備えている。なお、脱硫部5に供給される炭化水素系の原料は、炭化水素などの少なくとも炭素および水素元素から構成される有機化合物を含む原料であればよく、例えばメタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、LPGなどである。
The
そして、図1に示すように、本実施の形態では、原料の供給源として、例えば都市ガスのガスインフラライン6を用い、そのガスインフラライン6が脱硫部5に接続されている。なお、脱硫部5は、上流側および下流側に配置された脱硫接続部7に着脱可能な形状を有し、脱硫部5の硫黄成分に対する吸着量が飽和して吸着特性が低下した場合に、新しい脱硫部5と交換できる構成となっている。このとき、脱硫部5には、都市ガス中の付臭成分である硫黄化合物を吸着させる、ゼオライト系吸着除去剤が充填されている。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, for example, a gas infrastructure line 6 of city gas is used as a raw material supply source, and the gas infrastructure line 6 is connected to the desulfurization section 5. In addition, the desulfurization part 5 has a shape that can be attached to and detached from the
また、脱硫接続部7は、原料の流通を制御する、例えば電磁弁で構成される弁機能も有している。なお、脱硫部5は、水添脱硫(水素化脱硫)を用いた構成としてもよい。
Moreover, the
また、水供給部3は、流量調節機能を有するポンプを有している。
Moreover, the
また、原料供給部4は、脱硫部5と改質部30とを接続する原料供給経路10に配置され、改質部30に供給される原料の流量を制御することによって、ガスインフラライン6から脱硫部5に供給される原料の流量を制御している。なお、原料供給部4は、脱硫部5に供給される原料の流量を制御できればよく、脱硫部5の上流側に配置してもよい。本実施の形態では、原料供給部4はブースターポンプを有し、例えば入力する電流パルスや入力電力などを制御することにより、脱硫部5に供給される原料の流量を調節できる。
The raw
また、運転制御部16は、改質部30の運転動作を制御する制御部で、原料供給部4から改質部30に供給される原料の供給量、水供給部3から改質部30に供給される水の供給量などの制御および脱硫接続部7や封止部9,9Aの動作の制御を行う。さらに、以下で詳細に説明するように、改質温度検出器で検出される反応温度と燃焼検出部で検出されるイオン電流値などの検出部の検出値に基づいて、空気流量計測部の計測動作が適正かを判断して、燃焼用空気の流量を最適に制御する。
The
また、運転制御部は16、燃焼検出部22で測定されたイオン電流値に基づき、燃焼部2での燃焼状態を判断する。例えば、検出するイオン電流値が、予め設定される値以下になった場合、消火と判断し、燃焼部2の燃焼を停止するように制御する。これは、燃焼検出部22で検出される、火炎中の有機化合物イオンに起因するイオン電流値と有機化合物濃度とに比例関係があることに基づくものである。具体的には、例えばイオン電流値が減少した場合、燃焼部2の火炎中の有機化合物濃度が減少していると判断できる。
Further, the
また、運転制御部16は、燃料電池8の運転動作も制御するが、詳細な説明は省略する。
The
なお、運転制御部16は、例えば半導体メモリーやCPUなどにより構成される。そして、改質部30の運転動作シーケンス、原料積算流量など運転情報などを記憶し、状況に応じた適切な動作条件を演算し、かつ、水供給部3や原料供給部4などの運転に必要な動作条件を指令する。
The
以下に、本発明の実施の形態1の改質部について、図面を用いて詳細に説明する。図2は、本発明の実施の形態1の燃料電池発電システムにおける改質部30を示す要部断面図である。
Below, the modification part of
図2に示すように、改質部30は、水蒸気発生部23と、水蒸気改質部20と、変成部25を少なくとも備えている。ここで、水蒸気発生部23は、水供給部3から供給される水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、原料と水蒸気の混合ガスを予熱する。そして、水蒸気改質部20は、原料と水蒸気との改質反応を進行させる。さらに、変成部25は、水蒸気改質部20で生成した水素含有ガス中の一酸化炭素と水蒸気とを変成反応させて、水素含有ガスの一酸化炭素濃度を低減させる。なお、変成部25を通過した後の水素含有ガス中に残留する一酸化炭素を、空気供給部19から変成部25を通過した後の水素含有ガスに供給される空気を用いて、主に酸化させて除去する選択酸化部26を設けてもよい。
As shown in FIG. 2, the reforming
このとき、水蒸気改質部20には、例えばRu系の改質触媒、変成部25には、例えばCu−Zn系の変成触媒、選択酸化部26には、例えばRu系の選択酸化触媒を有している。
At this time, the
また、改質部30は、水蒸気改質部20における改質触媒(あるいは水素含有ガス)の温度(反応温度)を検出する改質温度検出部21、水蒸気発生部23における水蒸気雰囲気(あるいは原料と水蒸気の混合ガス)の温度を検出する水蒸気温度検出部24を備えている。このとき、水蒸気改質部20と水蒸気発生部23には、燃焼部2で発生させた燃焼排ガスが、燃焼部2との改質部30の壁面を介して供給される構成となっている。
In addition, the reforming
また、改質部30は、水蒸気改質部20における改質反応に必要な反応熱を供給するための、例えば燃焼ガスを燃焼させるバーナーなどからなる燃焼部2を備えている。このとき、燃焼部2で燃焼させる燃焼ガスは、燃焼ガス供給経路15を介して燃焼部2に供給される。さらに、燃焼部2は、燃焼部2の燃焼状態を検知する、例えばフレームロッドなどの燃焼検出部22と、燃焼部2に燃料用空気を供給する、例えば燃焼ファンなどの燃焼空気供給部18と、燃焼用空気の流量を計測する空気流量計測部31を備えている。なお、フレームロッドは、火炎が形成される時に発生するイオンに電圧を印加し、その時に流れるイオン電流値を測定するデバイスである。
Further, the reforming
そして、改質部30で生成された水素含有ガスは、図1に示す水素ガス供給経路12を介して燃料電池8に供給される。
Then, the hydrogen-containing gas generated in the reforming
なお、上記水蒸気改質部20、変成部25および選択酸化部26の一般的な構成については、図示や詳細な説明を省略する。
The general configuration of the
つぎに、燃料電池発電システムの運転動作について、具体的に説明する。 Next, the operation of the fuel cell power generation system will be specifically described.
以下では、燃料電池発電システムの起動時、通常の発電時、および停止時の運転動作を、水素生成装置1の動作を中心に説明する。
Hereinafter, the operation of the fuel cell power generation system at the time of start-up, normal power generation, and stop will be described focusing on the operation of the
まず、燃料電池発電システムの起動時から通常の発電時までの水素生成装置1の運転動作について、説明する。
First, the operation of the
すなわち、停止状態から水素生成装置1を起動させる場合、運転制御部16からの指令により、原料供給部4から水素生成装置バイパス経路11、封止部9、燃焼ガス供給経路15を経由して、原料が燃焼部2に供給される。そして、燃焼部2で原料が燃焼することにより、改質部30の加熱が開始する。
That is, when the
つぎに、加熱開始後、改質部30に原料供給経路10を経由して原料が、また水供給部3により水が供給され、水と原料との改質反応が開始する。本実施の形態では、メタンを主成分とする都市ガス(13A)を原料の例に説明する。このとき、水供給部3から水は、都市ガスの平均分子式中の炭素原子数1モルに対して水蒸気が3モル(スチームカーボン比(S/C)で3)程度となるように制御して供給される。これにより、改質部30では、水蒸気改質部20で水蒸気改質反応、変成部25で変成反応、選択酸化部26で一酸化炭素の選択酸化反応が進行し、水素含有ガスが生成する。
Next, after the start of heating, raw material is supplied to the reforming
そして、生成された水素含有ガスの一酸化炭素濃度が、所定濃度(例えば、ドライガスベースで20ppm以下)に減少するまで、封止部9,9A、燃料電池バイパス経路13を経由して、循環して燃焼部2に供給される。このとき、運転制御部16は、改質温度検出部21で検出される反応温度に基づいて、水蒸気改質部20、変成部25、選択酸化部26が各反応に適した温度になるように、燃焼部2の燃焼を制御する。
Then, until the carbon monoxide concentration of the generated hydrogen-containing gas decreases to a predetermined concentration (for example, 20 ppm or less on a dry gas basis), it circulates via the sealing
つぎに、改質部30に供給された原料が燃焼部2に供給され、加熱部での燃焼状態が安定化した後は、水素生成装置バイパス経路11からの原料の供給を停止する。
Next, after the raw material supplied to the reforming
つぎに、改質部30で生成された水素含有ガスの一酸化炭素の濃度を所定濃度まで減少させた後、封止部9を動作させ、水素ガス供給経路12を経由して、運転に最適な水素含有ガスを燃料電池8に供給する。このとき、運転制御部16は、原料供給部4の動作を制御することにより、原料の供給量を調整して燃料電池8に供給する。これにより、燃料電池8で水素含有ガス中の水素と酸素含有ガス中の酸素とが反応し、定常的な発電動作が開始する。
Next, after reducing the carbon monoxide concentration of the hydrogen-containing gas generated in the reforming
以下に、燃料電池発電システムの運転停止時の水素生成装置1の運転動作について、説明する。
Hereinafter, the operation of the
すなわち、燃料電池発電システム100の運転を停止させる場合、運転制御部16は、封止部9,9Aを作動させることにより、燃料電池8への水素含有ガスの供給を停止し、燃料電池バイパス経路13を経由して燃焼部2に供給するように指令して制御する。
That is, when the operation of the fuel cell
つぎに、水供給部3と原料供給部4に指令して、水と原料の供給を停止することにより水素生成装置1の動作を停止させる。このとき、水素生成装置1の停止動作時に、改質部30内に外気の混入を極力防止する動作を併設して行うことが好ましい。なお、外気の混入を防止する動作とは、例えば封止部9,9Aを動作させて改質部30を封止する動作や、改質部30が降温して体積減少する量に相当する量の原料を供給する動作などである。
Next, the operation of the
以下に、本実施の形態の発明のポイントである、燃焼用空気の流量計測部の計測動作が適正かどうか判断する検出部の動作について、詳細に説明する。 Hereinafter, the operation of the detection unit that determines whether the measurement operation of the flow rate measurement unit for combustion air, which is the point of the present invention, is appropriate will be described in detail.
つまり、空気流量計測部の計測値が正しく、精度よく燃焼用空気の流量が制御される場合には、問題ない。しかし、何らかの原因で、空気流量計測部の計測値が、実際の値と異なる値を運転制御部に返し、その値に基づいて改質部を制御する場合、安全性や信頼性、発電効率の低下などの問題を生じる。そのため、空気流量計測部の計測動作が適正かどうか判断することが重要となる。 That is, there is no problem when the measurement value of the air flow rate measurement unit is correct and the flow rate of the combustion air is accurately controlled. However, if for some reason the measured value of the air flow rate measurement unit returns a value different from the actual value to the operation control unit and the reforming unit is controlled based on that value, the safety, reliability, and power generation efficiency This causes problems such as degradation. Therefore, it is important to determine whether the measurement operation of the air flow rate measurement unit is appropriate.
本実施の形態の水素生成装置1では、改質温度検出部21と燃焼検出部22を検出部として、改質温度検出部21で検出される反応温度と燃焼検出部22で検出されるイオン電流値の検出値に基づいて、燃焼部2に供給される燃焼用空気の流量に対する空気流量計測部の計測動作が適正かどうか判断するものである。
In the
以下に、検出部の具体的な動作について説明する。 Hereinafter, a specific operation of the detection unit will be described.
まず、燃焼空気供給部18から供給される燃焼用空気の流量が減少した場合、燃焼排ガス量が減少する。その結果、燃焼排ガスによって水素生成装置1から持ち出される熱量が減少するため、改質温度検出部21で検出する反応温度が上昇する。また、燃焼部2に供給される燃焼ガスの量が変化しない状態で、燃焼用空気の流量が減少した場合、火炎中の有機化合物濃度が増加するため、燃焼検出部22で検出するイオン電流値が増加する。
First, when the flow rate of combustion air supplied from the combustion
一方、燃焼空気供給部18から供給される燃焼用空気の流量が増加した場合、燃焼排ガス量が増加する。その結果、燃焼排ガスによって水素生成装置1から持ち出される熱量が増加するため、改質温度検出部21で検出する反応温度が減少する。また、燃焼部2に供給される燃焼ガスの量が変化しない状態で、燃焼用空気の流量が増加した場合、火炎中の有機化合物濃度が減少するため、燃焼検出部22で検出するイオン電流値が減少する。
On the other hand, when the flow rate of the combustion air supplied from the combustion
つまり、検出部の検出値である、改質温度検出部21の反応温度と燃焼検出部22のイオン電流値の変化を運転制御部16で判断することにより、燃焼用空気の流量を計測する空気流量計測部31の計測動作(計測値)が適正かどうかを判断できることになる。
That is, the air for measuring the flow rate of the combustion air is determined by the
そして、燃焼用空気の流量が減少したと判断した場合、改質温度検出部21で検出する反応温度と、燃焼検出部22で検出するイオン電流値を減少させるように、燃焼空気供給部18の動作を制御する。なお、燃焼用空気の流量が増加したと判断した場合には、その逆の動作で制御する。
When it is determined that the flow rate of the combustion air has decreased, the reaction temperature detected by the reforming
さらに、空気流量計測部31の計測動作が適正でなく、適正計測動作の範囲外と判断した場合、燃料電池発電システム100の運転を停止させる制御をする。
Furthermore, when it is determined that the measurement operation of the air flow
なお、本実施の形態では、空気流量計測部31の計測動作(計測値)が適正かどうかを、改質温度検出部21の反応温度と燃焼検出部22のイオン電流値の変化を運転制御部16で判断し制御する例で説明したが、これに限られない。例えば、空気流量計測部31の計測動作に応じて、予め改質温度検出部21で検出する反応温度に反応温度閾値、燃焼検出部22で検出するイオン電流値に電流値閾値を設けて制御してもよい。具体的には、運転制御部16は、反応温度閾値と電流値閾値を下回る場合、または反応温度閾値と電流値閾値を上回る場合、空気流量計測部31の計測動作が予め設定される適正計測動作の範囲外であると判断して燃料電池発電システム100の運転を停止させる制御をする。ここで、反応温度閾値やイオン電流値閾値は、水素生成装置1で、燃焼部2での燃焼状態が不安定となる、燃焼用空気の流量と、反応温度およびイオン電流値との関係を、予め測定して設定されるものである。例えば、燃焼用空気の流量が多くなり希薄燃焼して燃焼排ガス中の一酸化炭素量が増加する、あるいは燃焼用空気の流量が少なくなり燃焼排ガス中の一酸化炭素量が増加するような燃焼用空気の流量である。
In the present embodiment, whether or not the measurement operation (measurement value) of the air flow
(実施の形態2)
以下に、本発明の実施の形態2における燃料電池発電システムについて説明する。なお、燃料電池発電システムは、空気流量計測部の計測動作が適正かどうか判断する検出部が、実施の形態1と異なる。他の構成や各動作は、実施の形態1の燃料電池発電システム100と、ほぼ同じであるので説明を省略する場合がある。つまり、検出部として、改質温度検出部と水蒸気温度検出部を用い、改質温度検出部の反応温度と水蒸気温度検出部の水蒸気雰囲気温度を検出値として用いた点で、実施の形態1と異なる。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a fuel cell power generation system according to
そこで、以下では、空気流量計測部の計測動作が適正かどうか判断する検出部である、改質温度検出部と水蒸気温度検出部の動作を主に、詳細に説明する。 Therefore, in the following, operations of the reforming temperature detection unit and the water vapor temperature detection unit, which are detection units that determine whether the measurement operation of the air flow rate measurement unit is appropriate, will be mainly described in detail.
本実施の形態の水素生成装置1では、改質温度検出部21と水蒸気温度検出部24を検出部とする。そして、改質温度検出部21で検出される反応温度と水蒸気温度検出部24で検出される水蒸気雰囲気温度の検出値に基づいて、燃焼部2に供給される燃焼用空気の流量に対する空気流量計測部の計測動作が適正かどうか判断するものである。
In the
以下に、検出部の具体的な動作について説明する。 Hereinafter, a specific operation of the detection unit will be described.
まず、燃焼空気供給部18から供給されている燃焼用空気の流量が減少した場合、燃焼排ガス量が減少する。その結果、燃焼排ガスによって水素生成装置1から持ち出される熱量が減少するため、改質温度検出部21で検出する反応温度が上昇する。また、燃焼排ガス量が減少するため、水蒸気発生部23における燃焼排ガスと、水(水蒸気を含む)と原料との熱交換性能が低下して、水蒸気温度検出部24で検出される水蒸気雰囲気温度が減少する。
First, when the flow rate of combustion air supplied from the combustion
一方、燃焼空気供給部18から供給されている燃焼用空気の流量が増加した場合、燃焼排ガス量が増加する。その結果、燃焼排ガスによって水素生成装置1から持ち出される熱量が増加するため、改質温度検出部21で検出する反応温度が減少する。また、燃焼排ガス量が増加するため、水蒸気発生部23における燃焼排ガスと、水(水蒸気を含む)と原料との熱交換性能が向上して、水蒸気温度検出部24で検出される水蒸気雰囲気温度が増加する。
On the other hand, when the flow rate of combustion air supplied from the combustion
つまり、検出部の検出値である、改質温度検出部21の反応温度と水蒸気温度検出部24の水蒸気雰囲気温度の変化を、運転制御部16で判断することにより、空気流量計測部31の計測動作(計測値)が適正かどうかが判断できることになる。
In other words, the
そして、燃焼用空気の流量が減少したと判断した場合、改質温度検出部21で検出する反応温度が減少し、水蒸気温度検出部24で検出される水蒸気雰囲気温度が増加するように、燃焼空気供給部18の動作を制御する。なお、燃焼用空気の流量が増加したと判断した場合には、その逆の動作で制御する。
When it is determined that the flow rate of the combustion air has decreased, the combustion air is such that the reaction temperature detected by the reforming
さらに、空気流量計測部31の計測動作が適正でなく、適正計測動作の範囲外と判断した場合、燃料電池発電システム100の運転を停止させる制御をする。
Furthermore, when it is determined that the measurement operation of the air flow
なお、本実施の形態では、空気流量計測部31の計測動作(計測値)が適正かどうかを、改質温度検出部21の反応温度と水蒸気温度検出部24の水蒸気雰囲気温度の変化を運転制御部16で判断し制御する例で説明したが、これに限られない。例えば、空気流量計測部31の計測動作に応じて、予め改質温度検出部21で検出する反応温度に反応温度閾値、水蒸気温度検出部24で検出する水蒸気雰囲気温度に水蒸気温度閾値を設けて制御してもよい。具体的には、運転制御部16は、反応温度閾値を下回る、および水蒸気温度閾値を上回る場合、または反応温度閾値を上回る、および水蒸気温度閾値を下回る場合、空気流量計測部31の計測動作が予め設定される適正計測動作の範囲外と判断して燃料電池発電システム100の運転を停止させる制御をする。ここで、反応温度閾値や水蒸気温度閾値は、水素生成装置1において、燃焼部2での燃焼状態が不安定となる、燃焼用空気の流量と、反応温度および水蒸気雰囲気温度との関係を、予め測定して設定されるものである。例えば、燃焼用空気の流量が多くなり希薄燃焼して燃焼排ガス中の一酸化炭素量が増加する、あるいは燃焼用空気の流量が少なくなり燃焼排ガス中の一酸化炭素量が増加するような燃焼用空気の流量である。
In the present embodiment, whether or not the measurement operation (measured value) of the air flow
(実施の形態3)
以下に、本発明の実施の形態3における燃料電池発電システムについて説明する。なお、燃料電池発電システムは、空気流量計測部の計測動作が適正かどうか判断する検出部が、実施の形態1と異なる。他の構成や各動作は、実施の形態1の燃料電池発電システム100と、ほぼ同じであり、説明を省略する場合がある。つまり、検出部として、改質温度検出部と電圧検出部を用い、改質温度検出部の反応温度と電圧検出部で検出される発電電圧を検出値として用いた点で、実施の形態1と異なる。
(Embodiment 3)
Hereinafter, a fuel cell power generation system according to
そこで、以下では、空気流量計測部の計測動作が適正かどうか判断する検出部である、改質温度検出部と電圧検出部の動作を主に、詳細に説明する。 Therefore, in the following, operations of the reforming temperature detection unit and the voltage detection unit, which are detection units that determine whether the measurement operation of the air flow rate measurement unit is appropriate, will be mainly described in detail.
本実施の形態の水素生成装置1では、改質温度検出部21と電圧検出部28を検出部とする。そして、改質温度検出部21で検出する反応温度と電圧検出部28で検出される発電電圧の検出値に基づいて、燃焼部2に供給される燃焼用空気の流量に対する空気流量計測部の計測動作が適正かどうか判断するものである。
In the
以下に、検出部の具体的な動作について説明する。 Hereinafter, a specific operation of the detection unit will be described.
まず、燃焼空気供給部18から供給されている燃焼用空気の流量が減少した場合、燃焼排ガス量が減少する。その結果、燃焼排ガスによって水素生成装置1から持ち出される熱量が減少するため、改質温度検出部21で検出する反応温度が上昇する。なお、改質温度検出部21の反応温度の上昇は、水蒸気改質部20における改質触媒(あるいは水素含有ガス)の温度(反応温度)の上昇と同義なので、原料と水との改質反応の進行により、改質部30出口での水素含有ガスの水素濃度も増加する。その結果、燃料電池8の電圧検出部28で検出される発電電圧が上昇する。
First, when the flow rate of combustion air supplied from the combustion
一方、燃焼空気供給部18から供給されている燃焼用空気の流量が増加した場合、燃焼排ガス量が増加する。その結果、燃焼排ガスによって水素生成装置1から持ち出される熱量が増加するため、改質温度検出部21で検出する反応温度が減少する。なお、改質温度検出部21の反応温度の減少は、水蒸気改質部20における改質触媒(あるいは水素含有ガス)の温度(反応温度)の減少と同義なので、原料と水との改質反応が抑制され、改質部30出口での水素含有ガスの水素濃度が減少する。その結果、燃料電池8の電圧検出部28で検出される発電電圧が低下することになる。
On the other hand, when the flow rate of combustion air supplied from the combustion
つまり、検出部の検出値である、改質温度検出部21の反応温度と電圧検出部28で検出される発電電圧の変化を、運転制御部16で判断することにより、燃焼用空気の流量を計測する空気流量計測部31の計測動作(計測値)が適正かどうかを判断できることになる。
That is, the
そして、燃焼用空気の流量が減少したと判断した場合、改質温度検出部21で検出する反応温度が減少し、電圧検出部28で検出される発電電圧が減少するように、燃焼空気供給部18の動作を制御する。なお、燃焼用空気の流量が増加したと判断した場合は、その逆の動作で制御する。
When it is determined that the flow rate of the combustion air has decreased, the combustion air supply unit is configured so that the reaction temperature detected by the reforming
さらに、空気流量計測部31の計測動作が適正でなく、適正計測動作の範囲外と判断した場合、燃料電池発電システム100の運転を停止させる制御をする。
Furthermore, when it is determined that the measurement operation of the air flow
なお、本実施の形態では、空気流量計測部31の計測動作(計測値)が適正かどうかを、改質温度検出部21の反応温度と電圧検出部28の発電電圧の変化を運転制御部16で判断し制御する例で説明したが、これに限られない。例えば、空気流量計測部31の計測動作に応じて、予め改質温度検出部21で検出する反応温度に反応温度閾値、電圧検出部28で検出する発電電圧に電圧閾値を設けて制御してもよい。具体的には、運転制御部16は、反応温度閾値および電圧閾値を上回る場合、または反応温度閾値および水蒸気温度閾値を下回る場合、空気流量計測部31の計測動作が予め設定される適正計測動作の範囲外と判断して燃料電池発電システム100の運転を停止させる制御をする。ここで、反応温度閾値や電圧閾値は、水素生成装置1において、燃焼部2での燃焼状態が不安定となる燃焼用空気の流量と、反応温度および発電電圧との関係を、予め測定して設定されるものである。例えば、燃焼用空気の流量が多くなり希薄燃焼して燃焼排ガス中の一酸化炭素量が増加する、あるいは燃焼用空気の流量が少なくなり燃焼排ガス中の一酸化炭素量が増加するような燃焼用空気の流量である。
In the present embodiment, whether or not the measurement operation (measured value) of the air flow
なお、上記各実施の形態では、改質温度検出部、燃焼検出部、水蒸気温度検出部および電圧検出部のすべてを含む構成の燃料電池発電システムを例に説明したが、これに限られず、少なくとも空気流量計測部の計測動作(計測値)が適正かどうかを判断する検出部を有する構成を適宜選択して構成してもよいことはいうまでもない。 In each of the above embodiments, the fuel cell power generation system having a configuration including all of the reforming temperature detection unit, the combustion detection unit, the water vapor temperature detection unit, and the voltage detection unit has been described as an example. Needless to say, a configuration having a detection unit that determines whether the measurement operation (measurement value) of the air flow rate measurement unit is appropriate may be selected as appropriate.
また、上記各実施の形態では、改質部に選択酸化部を設けた例で説明したが、変成部で原料の一酸化炭素の濃度を燃料電池の動作に支障のない程度まで低減できる場合には、特に設けなくてもよい。これにより、改質部の構成や運転制御部の簡略化がはかれる。 In each of the above embodiments, the example in which the selective oxidation unit is provided in the reforming unit has been described. However, when the concentration of the raw material carbon monoxide can be reduced to a level that does not hinder the operation of the fuel cell in the transformation unit. Need not be provided. This simplifies the configuration of the reforming unit and the operation control unit.
本発明は、高い安全性と信頼性が要望される燃料電池発電システムの技術分野に有用である。 The present invention is useful in the technical field of fuel cell power generation systems that require high safety and reliability.
1 水素生成装置
2 燃焼部
3 水供給部
4 原料供給部
5 脱硫部
6 ガスインフラライン
7 脱硫接続部
8 燃料電池
9,9A 封止部
10 原料供給経路
11 水素生成装置バイパス経路
12 水素ガス供給経路
13 燃料電池バイパス経路
14 オフガス経路
15 燃焼ガス供給経路
16 運転制御部
17 燃料電池空気ブロア
18 燃焼空気供給部
19 空気供給部
20 水蒸気改質部
21 改質温度検出部
22 燃焼検出部
23 水蒸気発生部
24 水蒸気温度検出部
25 変成部
26 選択酸化部
28 電圧検出部
30 改質部
31 空気流量計測部
100 燃料電池発電システム
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記改質反応における反応温度を検出する改質温度検出部と、
燃焼用空気を供給する燃焼空気供給部と、
前記燃焼用空気の流量を計測する空気流量計測部と、
前記水素含有ガスおよび酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池から戻される前記水素含有ガスを燃焼させ、前記改質反応に必要な熱を供給する燃焼部と、
前記燃焼部から供給される熱により前記水蒸気を発生させる水蒸気発生部と、
前記燃焼部に設けられる火炎中のイオン電流値を検出する燃焼検出部と、
運転制御部と、を少なくとも備え、
前記運転制御部は、少なくとも前記空気流量計測部で計測される流量に基づいて前記燃焼空気供給部の動作を制御するとともに、
前記改質温度検出部で検出される前記反応温度と、前記燃焼検出部で検出される前記イオン電流値に基づいて前記空気流量計測部の計測動作が適正かどうかを判断して制御する燃料電池発電システム。 A reforming section for generating a hydrogen-containing gas by a reforming reaction between the raw material and steam;
A reforming temperature detector for detecting a reaction temperature in the reforming reaction;
A combustion air supply unit for supplying combustion air;
An air flow rate measurement unit for measuring the flow rate of the combustion air;
A fuel cell that is supplied with the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas to generate electricity;
A combustion section for burning the hydrogen-containing gas returned from the fuel cell and supplying heat necessary for the reforming reaction;
A water vapor generating unit that generates the water vapor by heat supplied from the combustion unit;
A combustion detection unit for detecting an ion current value in a flame provided in the combustion unit;
An operation control unit,
The operation control unit controls the operation of the combustion air supply unit based on at least the flow rate measured by the air flow rate measurement unit,
A fuel cell that determines and controls whether the measurement operation of the air flow rate measurement unit is appropriate based on the reaction temperature detected by the reforming temperature detection unit and the ion current value detected by the combustion detection unit Power generation system.
前記運転制御部は、前記空気流量計測部で計測される流量が適正範囲であるにもかかわらず、前記反応温度が前記反応温度閾値を下回る、および前記イオン電流値が前記電流値閾値を下回る場合、または、前記反応温度が前記反応温度閾値を上回る、および前記イオン電流値が前記電流値閾値を上回る場合に、前記空気流量計測部の計測動作が予め設定される適正計測動作の範囲外と判断して制御する請求項1に記載の燃料電池発電システム。 A predetermined reaction temperature threshold is set for the reaction temperature, and a predetermined current value threshold is set for the ion current value,
The operation control unit, when the flow rate measured by the air flow rate measurement unit is in an appropriate range, the reaction temperature is below the reaction temperature threshold, and the ion current value is below the current value threshold Or, when the reaction temperature exceeds the reaction temperature threshold value and the ion current value exceeds the current value threshold value, it is determined that the measurement operation of the air flow rate measurement unit is outside the range of the appropriate measurement operation set in advance. The fuel cell power generation system according to claim 1 , which is controlled as described above.
前記改質反応における反応温度を検出する改質温度検出部と、
燃焼用空気を供給する燃焼空気供給部と、
前記燃焼用空気の流量を計測する空気流量計測部と、
前記水素含有ガスおよび酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池から戻される前記水素含有ガスを燃焼させ、前記改質反応に必要な熱を供給する燃焼部と、
前記燃焼部から供給される熱により前記水蒸気を発生させる水蒸気発生部と、
前記水蒸気発生部に設けられる水蒸気雰囲気温度を検出する水蒸気温度検出部と、
運転制御部と、を少なくとも備え、
前記運転制御部は、少なくとも前記空気流量計測部で計測される流量に基づいて前記燃焼空気供給部の動作を制御するとともに、
前記改質温度検出部で検出される前記反応温度と、前記水蒸気温度検出部で検出される前記水蒸気雰囲気温度に基づいて、前記空気流量計測部の計測動作が適正かどうかを判断して制御する燃料電池発電システム。 A reforming section for generating a hydrogen-containing gas by a reforming reaction between the raw material and steam;
A reforming temperature detector for detecting a reaction temperature in the reforming reaction;
A combustion air supply unit for supplying combustion air;
An air flow rate measurement unit for measuring the flow rate of the combustion air;
A fuel cell that is supplied with the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas to generate electricity;
A combustion section for burning the hydrogen-containing gas returned from the fuel cell and supplying heat necessary for the reforming reaction;
A water vapor generating unit that generates the water vapor by heat supplied from the combustion unit;
A water vapor temperature detection unit for detecting a water vapor atmosphere temperature provided in the water vapor generation unit ;
An operation control unit,
The operation control unit controls the operation of the combustion air supply unit based on at least the flow rate measured by the air flow rate measurement unit,
Based on the reaction temperature detected by the reforming temperature detection unit and the water vapor atmosphere temperature detected by the water vapor temperature detection unit, whether or not the measurement operation of the air flow rate measurement unit is appropriate is controlled. fuel cell power generation system that.
前記運転制御部は、前記空気流量計測部で計測される流量が適正範囲であるにもかかわらず、前記反応温度が前記反応温度閾値を上回る、および前記水蒸気雰囲気温度が前記水蒸気温度閾値を下回る場合、または、前記反応温度が前記反応温度閾値を下回る、および前記水蒸気雰囲気温度が前記水蒸気温度閾値を上回る場合に、前記空気流量計測部の計測動作が予め設定される適正計測動作の範囲外と判断して制御する請求項4に記載の燃料電池発電システム。 A reaction temperature threshold is set in advance for the reaction temperature, and a water vapor temperature threshold is set in advance for the water vapor atmosphere temperature;
The operation control unit, when the flow rate measured by the air flow rate measurement unit is in an appropriate range, the reaction temperature exceeds the reaction temperature threshold, and the water vapor atmosphere temperature is lower than the water vapor temperature threshold Or, when the reaction temperature is lower than the reaction temperature threshold value and the water vapor atmosphere temperature is higher than the water vapor temperature threshold value, it is determined that the measurement operation of the air flow rate measurement unit is outside the range of the appropriate measurement operation set in advance. The fuel cell power generation system according to claim 4 , wherein the fuel cell power generation system is controlled as described above.
前記改質反応における反応温度を検出する改質温度検出部と、
燃焼用空気を供給する燃焼空気供給部と、
前記燃焼用空気の流量を計測する空気流量計測部と、
前記水素含有ガスおよび酸素含有ガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池から戻される前記水素含有ガスを燃焼させ、前記改質反応に必要な熱を供給する燃焼部と、
前記燃焼部から供給される熱により前記水蒸気を発生させる水蒸気発生部と、
前記燃料電池に設けられる発電電圧を検出する電圧検出部と、
運転制御部と、を少なくとも備え、
前記運転制御部は、少なくとも前記空気流量計測部で計測される流量に基づいて前記燃焼空気供給部の動作を制御するとともに、
前記改質温度検出部で検出される前記反応温度と、前記電圧検出部で検出される前記発電電圧に基づいて、前記空気流量計測部の計測動作が適正かどうかを判断して制御する燃料電池発電システム。 A reforming section for generating a hydrogen-containing gas by a reforming reaction between the raw material and steam;
A reforming temperature detector for detecting a reaction temperature in the reforming reaction;
A combustion air supply unit for supplying combustion air;
An air flow rate measurement unit for measuring the flow rate of the combustion air;
A fuel cell that is supplied with the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas to generate electricity;
A combustion section for burning the hydrogen-containing gas returned from the fuel cell and supplying heat necessary for the reforming reaction;
A water vapor generating unit that generates the water vapor by heat supplied from the combustion unit;
A voltage detector for detecting a power generation voltage provided in the fuel cell ;
An operation control unit,
The operation control unit controls the operation of the combustion air supply unit based on at least the flow rate measured by the air flow rate measurement unit,
Wherein a reaction temperature detected by the reforming temperature detection section, based on said generated voltage detected by the voltage detection unit, the measurement operation of the air flow measuring unit that controls to determine whether the proper retardant Battery power generation system.
前記運転制御部は、前記空気流量計測部で計測される流量が適正範囲であるにもかかわらず、前記反応温度が前記反応温度閾値を上回る、および前記発電電圧が前記電圧閾値を上回る場合、または、前記反応温度が前記反応温度閾値を下回る、および前記発電電圧が前記電圧閾値を下回る場合に、前記空気流量計測部の計測動作が予め設定される適正計測動作の範囲外と判断して制御する請求項7に記載の燃料電池発電システム。 A reaction temperature threshold is set in advance for the reaction temperature, and a voltage threshold is set in advance for the generated voltage;
The operation control unit, even though the flow rate measured by the air flow measuring section is appropriate range, the reaction temperature is higher than the reaction temperature threshold value, and when said generated voltage exceeds the voltage threshold, or When the reaction temperature is lower than the reaction temperature threshold value and the generated voltage is lower than the voltage threshold value, it is determined that the measurement operation of the air flow rate measurement unit is outside the range of the preset proper measurement operation. The fuel cell power generation system according to claim 7 .
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