JP3637894B2 - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP3637894B2 JP3637894B2 JP2001396591A JP2001396591A JP3637894B2 JP 3637894 B2 JP3637894 B2 JP 3637894B2 JP 2001396591 A JP2001396591 A JP 2001396591A JP 2001396591 A JP2001396591 A JP 2001396591A JP 3637894 B2 JP3637894 B2 JP 3637894B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reactor
- air
- nox purification
- fuel cell
- combustion gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
- B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
- B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池システムに関し、特に、NOx浄化反応器を備えた燃料電池システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のNOx浄化反応器を備えた燃料電池システムとして、例えば、特開平09−180744号公報に記載の技術がある。これは、バーナー等の起動燃焼器、改質反応器、CO変成器(Water−gas−shift反応器)を含む燃料電池システムにおいて、起動用燃焼器に導入される外気中のNOxを除去するNOx浄化反応器を備えた構成を開示する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平9−180744号公報に記載の構成では、起動用燃焼器で生じたNOxを除去することができないという問題点があった。特に燃料電池システム起動時に起動燃焼器をリッチ燃焼することで生じたCO等の未燃ガスと、改質反応器、CO変成器に供給された空気とを改質反応器、CO変成器で燃焼させることにより、燃焼ガスの顕熱による加熱に加えて、反応熱による加熱によって改質反応器等を昇温する場合に、起動用燃焼器で生じたNOxを除去できないことが問題となる。
【0004】
この問題を解決するために、起動燃焼器の下流にNOx浄化反応器を備えた構成では、リッチ燃焼により生成したCO等とNOxとの浄化が可能となる。しかしながら、改質反応器、CO変成器での前述した起動時の加熱に必要な燃焼熱を発生するためのCO等を得ることができる起動燃焼器に供給される混合気の空燃比(λ)は0.3程度であり、このリッチ空燃比状態下では、NOx浄化反応器はその触媒表面にCO吸着被毒等を生じ、CO等によるNOxの浄化反応を十分に生じることができない。
【0005】
ここで空燃比λを1.0に近づけるとすると、
・起動燃焼器での燃焼温度が上昇し、NOx生成量が増加し、NOx浄化反応器の負荷が高まる
・改質反応器、CO変成器の起動時の加熱に必要なCOを得ることができないことになる。
【0006】
本発明は、このような課題に鑑み、起動時のNOx除去を効果的に実施し、長期運転を可能にする燃料電池システムを提案する。
【0007】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、水素含有燃料を改質する改質反応器と、この改質反応器から排出された改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気により酸化し、水素を生成するシフト反応器と、該シフト反応器からの改質ガス中の一酸化炭素を酸素により酸化する一酸化炭素除去器と、所定濃度まで一酸化炭素濃度が低下された改質ガスと供給された酸化剤を用いて、発電を行う燃料電池スタックとを備えた燃料電池システムにおいて、起動時に改質反応器の暖機のためにリッチ燃焼により燃焼ガスを供給する起動燃焼器と、燃焼ガスまたは改質ガス中の窒素酸化物を浄化するNOx浄化反応器とを備え、前記起動燃焼器の作動中にNOx浄化反応器に供給される燃焼ガスの燃焼ガスの空燃比を一時的に大きくすることにより、NOx浄化反応器のNOx除去性能を回復する。
【0008】
第2の発明は、第1の発明において、前記NOx浄化反応器に供給される燃焼ガスの空燃比は、燃焼ガスに空気を混入して調整される。
【0009】
第3の発明は、第1または2の発明において、前記NOx浄化反応器に供給される燃焼ガスの空燃比を、NOx浄化反応器のNOx除去効率に応じて増大させる。
【0010】
第4の発明は、第2の発明において、前記起動燃焼器の通常運転時の空燃比は0.5未満とし、空気供給後のNOx浄化反応器に供給される燃焼ガスの空燃比は0.5から1.0とする。
【0011】
第5の発明は、第1の発明において、前記NOx浄化反応器は、前記起動燃焼器と改質反応器との間に設置される。
【0012】
第6の発明は、第1または5の発明において、前記NOx浄化反応器は、三元触媒とする。
【0013】
第7の発明は、第1から4のいずれか一つの発明において、前記起動燃焼器の作動中に少なくとも一度、NOx浄化反応器に供給される燃焼ガスの空燃比を増大させる。
【0014】
第8の発明は、第7の発明において、前記起動燃焼器の運転停止時に、NOx浄化反応器に供給される燃焼ガスの空燃比を変化させる。
【0015】
【発明の効果】
第1の発明では、NOx浄化反応器を備えた燃料電池システムの起動時に改質反応器等に燃焼ガスを供給する起動燃焼器は、リッチ燃焼状態で燃焼ガスを供給するが、起動燃焼器と改質反応器との間に設置されるNOx浄化反応器に供給する燃焼ガスの空燃比を一時的に起動燃焼器に通常運転より大きな空燃比となるように制御する。このように空燃比を大きくする制御を行うことにより、燃焼ガス中に含有する酸化剤量を増大し、NOx浄化反応器に吸着した被毒物質が浄化され、NOx浄化反応器の浄化反応効率を向上することができる。
【0016】
第2の発明では、前記NOx浄化反応器に供給される燃焼ガスの空燃比は、燃焼ガスに空気を混入して調整されるため、より効果的にNOx浄化反応器の吸着被毒を除去することができる。
【0017】
第3の発明では、前記NOx浄化反応器に供給される燃焼ガスの空燃比を、NOx浄化反応器のNOx除去効率に応じて増大するため、NOx浄化反応器でのCO等還元物質の消費を最小限に留め、起動時に改質反応器等での酸化反応量を確保して効率よく暖機を行うことができる。また供給された水素の消費を抑制し、燃料電池スタックへの水素供給効率を向上できる。
【0018】
第4の発明では、前記起動燃焼器の通常運転時の空燃比は0.5未満とし、空気供給後のNOx浄化反応器に供給される燃焼ガスの空燃比は0.5から1.0とすることでNOx浄化反応器に吸着した還元物質を効率良く除去できる。
【0019】
第5の発明では、前記NOx浄化反応器は、前記起動燃焼器と改質反応器との間に設置されるため、起動時にNOxが改質反応器等に供給されることを防止できる。
【0020】
第6の発明では、前記NOx浄化反応器は、三元触媒を利用する。
【0021】
第7の発明では、前記起動燃焼器の作動中に少なくとも一度、NOx浄化反応器に供給される燃焼ガスの空燃比を増大させるため、還元物質が吸着したことにより低下したNOx浄化反応器の浄化効率を回復することができる。
【0022】
第8の発明では、前記起動燃焼器の運転停止時に、空燃比を変化させるため、NOx浄化反応器の触媒が浄化効率の高い状態で停止でき、次回起動時に素早くNOxの浄化を行うことができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料電池について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の燃料電池システムの一実施形態の構成を説明するための図である。
【0024】
本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと水蒸気から水素リッチの改質ガスを生成する改質反応器1と、改質反応器1から排出された改質ガス中のCOを水蒸気により酸化して水素を生成するシフト反応器2と、シフト反応器2から排出された改質ガス中のCOを酸素によって酸化して改質ガス中のCO濃度を低下するCO除去器3と、所定CO濃度以下となった改質ガスを燃料極に供給するとともに、空気極に空気を供給することで発電を行う燃料電池スタック4とを備えて、燃料電池スタック4の発電した電力を、例えば、車両の駆動輪を駆動するモータ等の負荷に供給するようにしたシステムである。
【0025】
燃料電池スタック4で発電に供せられなかった排ガス(排水素ガス、排空気)は、燃焼器5に供給されて燃焼し、この燃焼ガスの熱によって蒸発器6において燃料と水が気化され、気化した気化燃料と水蒸気が改質反応器1に供給される。このようにして、燃料電池システムの通常運転が行われる。
【0026】
更に本発明の燃料電池システムには、燃料電池システム起動時に改質反応器1等の暖機(昇温)のための起動燃焼器7が、改質反応器1の上流部に設置されている。起動燃焼器7には空気と燃料が供給されてこれらを燃焼し、起動燃焼器7からの高温の燃焼ガスが改質反応器1に供給され、改質反応器1が暖機される。このときの燃焼ガス中にはNOxが多量に含有されており、このまま大気に放出されると環境に悪影響を及ぼす恐れがある。
【0027】
そこで本発明においては、起動燃焼器7と改質反応器1との間にNOx浄化反応器8を設置し、燃焼ガス中のNOxを除去し、低NOxの燃焼ガスを改質反応器1に供給する。NOx浄化反応器8は三元触媒であって、担持する貴金属としてはPt、Rh、Pdのいずれかが選択される。本実施形態においては、NOx浄化反応器8を起動燃焼器7と改質反応器1との間に設置して、通常運転時には、改質ガスが流入しないようにしたが、これに限らず、例えば改質反応器1の下流に設置するようにしてもよい。
【0028】
さらに、改質反応器1、シフト反応器2、CO除去器3、NOx浄化反応器8のそれぞれの直上流から空気が各改質器に供給される。
【0029】
これは燃焼ガスの顕熱に加えて未燃ガスの燃焼反応熱をも利用して加熱するための構成で、起動燃焼器7は各反応器に十分な未燃ガス成分を供給するために空燃比λが0.3程度(例えば、0.25〜0.33の範囲)のリッチ雰囲気で燃焼を行う。ところが、この雰囲気での燃焼ガスでは、下流のNOx浄化反応器8はNOxを浄化するとともに、その触媒表面がCO、HCなど被毒物質による吸着被毒を生じるため、NOx浄化効率が徐々に低下してくる。このため、本発明においては、起動時には所定間隔で少なくとも一度、NOx浄化反応器8の直上流に空気を供給して燃焼ガスと混合させ、NOx浄化反応器8に供給される燃焼ガスの空燃比λを通常時の0.3を0.5から1.0に一時的に大きくする。NOx浄化反応器8の直上流に空気を供給する時期は、触媒の吸着被毒に応じて、供給すれば良く、例えば予め実験等により浄化効率の下限に至るまでの時間を測定し、この時間毎に空気を供給するようにしてもよいし、または触媒の被毒状態を直接測定し、浄化効率の基準値と比較し、基準値以下の時に空気を供給するようにしてもよい。このように空燃比λを上昇する制御を行うことにより、NOx浄化反応器8に供給される燃焼ガス中に含有する酸化剤量が増大し、NOx浄化反応器8の触媒の浄化反応効率を回復することができる。なお、これらの構成は図示しないコントローラによって制御されるものである。
【0030】
空気を供給することで触媒の浄化効率が向上することを図2と3を用いて説明する。NOx浄化反応器8へ一時的に空気を導入し、空燃比λが上昇することで増加したNOx浄化反応器8中のO2は、図2に示すように燃焼ガス中のCO、NO等の還元ガスとは反応せず、起動時のリッチ燃焼により触媒に吸着したCO等被毒物質と選択的に反応を生じる。したがって、触媒に吸着した被毒物質が除去され、NOx浄化反応器8の除去能力が回復される。
【0031】
起動燃焼器7の通常での運転状態である空燃比λ=0.3程度のリッチ雰囲気では、NOx浄化反応器8のNOxは主にNOとして存在し、空気の導入によって空燃比λが0.5から1.0とすることで被毒が除去された触媒表面では、NOはまず反応性の高いNO2に変化し、その後、燃焼ガス中のCO、H2によって還元反応を生じてNOxが浄化される。
【0032】
NOx浄化反応器8の空燃比λを0.5から1.0とする効果について図3を用いて説明すると、図3は起動燃焼器5中の空燃比λを制御した場合と、空気を混入してNOx浄化反応器8中の空燃比λを制御した場合の両方のNOx浄化反応器8の除去効率を示している。起動燃焼器の燃焼時空燃比を調整した場合に比べ、空気導入によって空燃比を調整した場合には、リッチ燃焼領域で、NOx浄化効率はよりよく回復しており、空燃比調整は、空気導入で行う方が好ましい。空燃比増大時の空燃比は、0.5以上の範囲で、浄化効率回復の効果が大きかった。一方、空燃比λを1.0を超えて設定した場合には、燃焼ガス中の還元ガスをNOx浄化反応器8で消費し、下流に位置する改質反応器1等の昇温を効率良く行うことができない。したがって、一時的にNOx浄化反応器7に供給される燃焼ガスの空燃比を0.5から1.0とすることで、触媒のNOx浄化効率と各構成の暖機運転を両立することができる。
【0033】
次に燃料電池システム起動時にコントローラが実施する制御内容について、図4のフローチャートを用いて説明する。
【0034】
まずステップ1でシステムの起動状態を例えば、メインスイッチのオンオフで判断する。起動可能な場合(オンの状態)にステップ2に進み、起動状態にないとき(オフの状態)には制御を終了する。ステップ2では、起動燃焼器7に燃料と空気とを供給し、燃料を点火プラグで点火して燃焼する。このときに燃焼する混合気の空燃比λは0.3に制御する。このように制御することによって、燃焼ガス中のCO、H2をNOx浄化反応器8の下流に位置する改質反応器1等に供給することができ、同時に改質反応器1等にそれぞれ空気を導入することで、改質反応器1等を反応熱によっても昇温し、暖機を開始することができる。
【0035】
続くステップ3では、コントローラのカウンタに単位時間が経過したことを示すカウンタ数T=1を加算する。したがって、カウンタのカウンタ数Tによって経過時間を検出することができる。
【0036】
ステップ4で、起動運転時間T0が経過したかどうかを判定する。起動基準時間T0は、起動時からNOx浄化反応器8の下限除去効率に達するまでの時間であって、予め実験によって算出しておき、起動運転時間T0とカウンタ数Tから求まる経過時間とを比較する。起動運転時間T0より経過時間が長いときにはステップ5に進み、短いときにはステップ3に戻る。
【0037】
ステップ5では、NOx浄化反応器8の直上流から空気を導入し、空気の混合した燃料ガスの空燃比λが0.5から1.0の間、例えば0.7となるように空気量を制御する。
【0038】
ステップ6では、カウンタ数Tに1を更に加算する。続くステップ7では、NOx浄化反応器8上流での空気の導入時間を判定する。予めステップ5で設定した燃焼条件下でのNOx浄化反応器8の触媒が、NOxの下限除去効率から所定効率までに回復する時間T1を実験によって求めておき、カウンタ数Tから算出される経過時間と比較し、経過時間が時間T1より長い時にステップ8に進み、短いときにはステップ3に戻る。このように触媒のNOx除去効率の低下に応じて空気を一時的に導入し、触媒のNOx除去効率を回復することで、CO等の還元物質の減少を最小限に抑制し、起動時の改質反応器1、CO除去器2等での酸化反応量を確保して反応器の昇温を効率よく行うことができる。また未燃ガスの消費を抑制し、反応器の昇温効率を高めることができる。時間T0とT1及び浄化効率の関係を示す一例を図5に示す。
【0039】
ステップ8で、カウンタ数を0にリセットする。
【0040】
ステップ9では、燃料電池システムの暖機状態を判定する。暖機状態の判定は、燃料電池スタック4の上流に配置されたCO除去器3内の温度状態によって判定する。CO除去器3内の温度を温度センサ等を用いて検出し、検出温度Rが、予め設定されたCO除去可能温度R1以上であれば、暖機が終了したと判定し、ステップ10で、起動燃焼器7への燃料、空気、水の供給及びNOx浄化反応器8への空気の供給を停止し、起動運転から通常運転へと移行する。検出温度Rが温度R1より低い時にはステップ3に戻る。なお、起動運転から通常運転に移行する際の起動燃焼器7の停止時に、起動燃焼器7に供給する燃焼ガスの空燃比λを0.5から1.0に設定することで、NOx浄化反応器8の触媒のNOx除去効率を回復した状態でNOx浄化反応器8を停止することができ、次回起動時にNOx除去を確実に行うことができる。
【0041】
この制御内容では、NOx除去効率の下限までの時間と所定効率まで復帰する時間を予め設定して制御を行っているが、例えば、NOx濃度検出手段を設置し、除去効率を検知して判断することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す燃料電池システムの構成を示す図である。
【図2】NOx浄化反応器触媒のCO吸着被毒とNOx浄化状態を説明するための図である。
【図3】空燃比λとNOx除去性能の関係を示す図である。
【図4】コントローラが実施する制御内容を説明するフローチャートである。
【図5】空気を導入するタイミングとその効果を説明するための図である。
【符号の説明】
1 改質反応器
2 シフト反応器
3 CO除去器
4 燃料電池スタック
5 燃焼器
6 蒸発器
7 起動燃焼器
8 NOx浄化反応器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system equipped with a NOx purification reactor.
[0002]
[Prior art]
As a conventional fuel cell system equipped with a NOx purification reactor, for example, there is a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-180744. In a fuel cell system including a start-up combustor such as a burner, a reforming reactor, and a CO converter (Water-gas-shift reactor), NOx for removing NOx in the outside air introduced into the start-up combustor is removed. A configuration comprising a purification reactor is disclosed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the configuration described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-180744 has a problem that NOx generated in the start-up combustor cannot be removed. In particular, the unburned gas such as CO generated by rich combustion in the start-up combustor at the start of the fuel cell system and the air supplied to the reforming reactor and the CO converter are burned in the reforming reactor and the CO converter. As a result, when raising the temperature of the reforming reactor or the like by heating with the reaction heat in addition to the sensible heat of the combustion gas, it becomes a problem that NOx generated in the start-up combustor cannot be removed.
[0004]
In order to solve this problem, in the configuration provided with the NOx purification reactor downstream of the startup combustor, it is possible to purify CO and the like produced by rich combustion and NOx. However, the air-fuel ratio (λ) of the air-fuel mixture supplied to the start-up combustor that can obtain CO or the like for generating the combustion heat necessary for the above-described start-up heating in the reforming reactor and the CO converter Is about 0.3, and under this rich air-fuel ratio state, the NOx purification reactor causes CO adsorption poisoning or the like on the catalyst surface and cannot sufficiently produce a NOx purification reaction by CO or the like.
[0005]
If the air-fuel ratio λ is close to 1.0,
・ The combustion temperature in the start-up combustor rises, the amount of NOx generated increases, and the load on the NOx purification reactor increases. ・ The CO required for heating at the start-up of the reforming reactor and the CO converter cannot be obtained. It will be.
[0006]
In view of such problems, the present invention proposes a fuel cell system that effectively removes NOx at the time of startup and enables long-term operation.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A first invention is a reforming reactor for reforming a hydrogen-containing fuel, and a shift reactor for generating hydrogen by oxidizing carbon monoxide in reformed gas discharged from the reforming reactor with steam. A carbon monoxide remover that oxidizes carbon monoxide in the reformed gas from the shift reactor with oxygen, a reformed gas whose carbon monoxide concentration is reduced to a predetermined concentration, and a supplied oxidizing agent. In a fuel cell system including a fuel cell stack for generating power, a start-up combustor that supplies combustion gas by rich combustion to warm up the reforming reactor at the start-up, and nitrogen in the combustion gas or the reformed gas A NOx purification reactor for purifying the oxide, and temporarily increasing the air-fuel ratio of the combustion gas of the combustion gas supplied to the NOx purification reactor during operation of the start-up combustor. NOx removal performance To recovery.
[0008]
In a second aspect based on the first aspect, the air-fuel ratio of the combustion gas supplied to the NOx purification reactor is adjusted by mixing air into the combustion gas.
[0009]
According to a third invention, in the first or second invention, the air-fuel ratio of the combustion gas supplied to the NOx purification reactor is increased according to the NOx removal efficiency of the NOx purification reactor.
[0010]
According to a fourth aspect, in the second aspect, the air-fuel ratio during normal operation of the startup combustor is less than 0.5, and the air-fuel ratio of the combustion gas supplied to the NOx purification reactor after air supply is 0. 5 to 1.0.
[0011]
In a fifth aspect based on the first aspect, the NOx purification reactor is installed between the startup combustor and the reforming reactor.
[0012]
In a sixth aspect based on the first or fifth aspect, the NOx purification reactor is a three-way catalyst.
[0013]
According to a seventh invention, in any one of the first to fourth inventions, the air-fuel ratio of the combustion gas supplied to the NOx purification reactor is increased at least once during the operation of the startup combustor.
[0014]
In an eighth aspect based on the seventh aspect, the air-fuel ratio of the combustion gas supplied to the NOx purification reactor is changed when the start-up combustor is stopped.
[0015]
【The invention's effect】
In the first invention, the startup combustor that supplies the combustion gas to the reforming reactor or the like when the fuel cell system including the NOx purification reactor is started supplies the combustion gas in a rich combustion state. The air-fuel ratio of the combustion gas supplied to the NOx purification reactor installed between the reforming reactor and the start-up combustor is temporarily controlled so that the air-fuel ratio becomes larger than that in the normal operation. By performing the control to increase the air-fuel ratio in this way, the amount of oxidant contained in the combustion gas is increased, the poisonous substances adsorbed on the NOx purification reactor are purified, and the purification reaction efficiency of the NOx purification reactor is increased. Can be improved.
[0016]
In the second invention, since the air-fuel ratio of the combustion gas supplied to the NOx purification reactor is adjusted by mixing air into the combustion gas, the adsorption poisoning of the NOx purification reactor is more effectively removed. be able to.
[0017]
In the third invention, since the air-fuel ratio of the combustion gas supplied to the NOx purification reactor is increased in accordance with the NOx removal efficiency of the NOx purification reactor, the consumption of reducing substances such as CO in the NOx purification reactor is reduced. The temperature can be kept to a minimum, and the amount of oxidation reaction in the reforming reactor or the like can be secured at the time of start-up, so that warming up can be performed efficiently. In addition, consumption of supplied hydrogen can be suppressed, and the efficiency of supplying hydrogen to the fuel cell stack can be improved.
[0018]
In the fourth invention, the air-fuel ratio during normal operation of the startup combustor is less than 0.5, and the air-fuel ratio of the combustion gas supplied to the NOx purification reactor after the air supply is 0.5 to 1.0. By doing so, the reducing substance adsorbed in the NOx purification reactor can be efficiently removed.
[0019]
In the fifth aspect of the invention, the NOx purification reactor is installed between the startup combustor and the reforming reactor, so that NOx can be prevented from being supplied to the reforming reactor or the like during startup.
[0020]
In the sixth invention, the NOx purification reactor uses a three-way catalyst.
[0021]
In the seventh aspect of the present invention, the purification of the NOx purification reactor, which has decreased due to the adsorption of the reducing substance, is increased at least once during the operation of the startup combustor to increase the air-fuel ratio of the combustion gas supplied to the NOx purification reactor. Efficiency can be restored.
[0022]
In the eighth invention, since the air-fuel ratio is changed when the startup combustor is stopped, the catalyst of the NOx purification reactor can be stopped with a high purification efficiency, and the NOx can be quickly purified at the next startup. .
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the fuel cell of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of an embodiment of a fuel cell system of the present invention.
[0024]
The fuel cell system of the present invention includes a reforming reactor 1 that generates a hydrogen-rich reformed gas from fuel gas and steam, and CO in the reformed gas discharged from the reforming reactor 1 is oxidized by steam. A
[0025]
Exhaust gas (exhaust hydrogen gas, exhaust air) that has not been used for power generation in the fuel cell stack 4 is supplied to the
[0026]
Furthermore, in the fuel cell system of the present invention, a
[0027]
Therefore, in the present invention, the
[0028]
Further, air is supplied to each reformer from directly upstream of the reforming reactor 1, the
[0029]
In this configuration, in addition to the sensible heat of the combustion gas, the combustion reaction heat of the unburned gas is also used for heating. The start-up
[0030]
It will be described with reference to FIGS. 2 and 3 that the purification efficiency of the catalyst is improved by supplying air. O 2 in the
[0031]
In a rich atmosphere with the air-fuel ratio λ = 0.3, which is the normal operating state of the
[0032]
The effect of setting the air-fuel ratio λ of the
[0033]
Next, the control content performed by the controller when the fuel cell system is started will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0034]
First, in step 1, the activation state of the system is determined by, for example, turning on and off the main switch. If it can be activated (ON state), the process proceeds to step 2. If it is not in the activated state (OFF state), the control is terminated. In
[0035]
In the
[0036]
In step 4, it is determined whether the startup operation time T0 has elapsed. The start reference time T0 is a time from the start to the time when the lower limit removal efficiency of the
[0037]
In
[0038]
In step 6, 1 is further added to the counter number T. In
[0039]
In
[0040]
In
[0041]
In this control content, the time until the lower limit of the NOx removal efficiency and the time to return to the predetermined efficiency are set in advance. For example, a NOx concentration detection means is installed to detect and judge the removal efficiency. It is also possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining CO adsorption poisoning and a NOx purification state of a NOx purification reactor catalyst.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an air-fuel ratio λ and NOx removal performance.
FIG. 4 is a flowchart for explaining control contents executed by a controller;
FIG. 5 is a diagram for explaining the timing of introducing air and its effect.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reforming
Claims (8)
この改質反応器から排出された改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気により酸化し、水素を生成するシフト反応器と、
該シフト反応器からの改質ガス中の一酸化炭素を酸素により酸化する一酸化炭素除去器と、
所定濃度まで一酸化炭素濃度が低下された改質ガスと供給された酸化剤を用いて、発電を行う燃料電池スタックとを備えた燃料電池システムにおいて、
起動時に改質反応器の暖機のためにリッチ燃焼により燃焼ガスを供給する起動燃焼器と、
燃焼ガスまたは改質ガス中の窒素酸化物を浄化するNOx浄化反応器とを備え、
前記起動燃焼器の作動中にNOx浄化反応器に供給される燃焼ガスの空燃比を一時的に大きくすることにより、NOx浄化反応器のNOx除去性能を回復することを特徴とする燃料電池システム。A reforming reactor for reforming the hydrogen-containing fuel;
A shift reactor that oxidizes carbon monoxide in the reformed gas discharged from the reforming reactor with steam to generate hydrogen;
A carbon monoxide remover that oxidizes carbon monoxide in the reformed gas from the shift reactor with oxygen;
In a fuel cell system comprising a reformed gas whose carbon monoxide concentration has been reduced to a predetermined concentration and a fuel cell stack for generating power using the supplied oxidant,
A startup combustor for supplying combustion gas by rich combustion to warm up the reforming reactor at startup;
A NOx purification reactor for purifying nitrogen oxides in the combustion gas or reformed gas,
A fuel cell system that recovers the NOx removal performance of the NOx purification reactor by temporarily increasing the air-fuel ratio of the combustion gas supplied to the NOx purification reactor during operation of the startup combustor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001396591A JP3637894B2 (en) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001396591A JP3637894B2 (en) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Fuel cell system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003197242A JP2003197242A (en) | 2003-07-11 |
| JP3637894B2 true JP3637894B2 (en) | 2005-04-13 |
Family
ID=27602639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001396591A Expired - Fee Related JP3637894B2 (en) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Fuel cell system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3637894B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1469544A1 (en) * | 2003-04-11 | 2004-10-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of operating a fuel cell, air purifying apparatus and fuel cell |
| JP5116997B2 (en) * | 2005-06-27 | 2013-01-09 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell reformer |
| KR100718106B1 (en) | 2005-08-13 | 2007-05-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | How to Start a Fuel Cell System |
| KR100830161B1 (en) | 2007-04-20 | 2008-05-19 | 지에스퓨얼셀 주식회사 | Operation start method of domestic fuel cell system |
-
2001
- 2001-12-27 JP JP2001396591A patent/JP3637894B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003197242A (en) | 2003-07-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3826770B2 (en) | Fuel reforming system | |
| JP3885479B2 (en) | Fuel cell reformer | |
| JP4487401B2 (en) | Combustion exhaust gas treatment of fuel reformer | |
| JP2003300704A (en) | Fuel reforming system and fuel cell system | |
| JP4130302B2 (en) | Fuel gas generator for fuel cell | |
| WO2003070628A1 (en) | Direct water vaporization for fuel processor startup and transients | |
| JP6138378B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2001229953A (en) | Fuel cell system | |
| EP3171443B1 (en) | Solid oxide fuel cell system | |
| JP3637894B2 (en) | Fuel cell system | |
| CN102791973B (en) | The exhaust apparatus of internal combustion engine | |
| JP4784047B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2004292293A (en) | Hydrogen generator and method of operating hydrogen generator | |
| JP2003303608A (en) | Fuel cell power generation system and control method for fuel cell power generation system | |
| WO2001036322A1 (en) | Apparatus for removing carbon monoxide and method for operation thereof | |
| JP2001017835A (en) | Exhaust gas purification method and exhaust gas purification device for fuel cell system | |
| JP2005050629A (en) | Method and device for treating reformed gas and fuel cell power generation system | |
| JP2005170741A (en) | Fuel reforming system | |
| JP2004311337A (en) | Fuel cell system and start-up method thereof | |
| JP2004256356A (en) | Method for producing reformed gas and reforming apparatus used for the method | |
| JP4255718B2 (en) | Method for stopping fuel reforming system | |
| JP3617482B2 (en) | Fuel cell reforming system | |
| JP2005050563A (en) | Fuel reforming system | |
| JP2006169013A (en) | Hydrogen generator, fuel cell system, and operation method thereof | |
| JP2003020203A (en) | Fuel reformer and start-up method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040419 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041221 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050103 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080121 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090121 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100121 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100121 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110121 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |