Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP5269447B2 - High-temperature fuel cell system and operation method thereof - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP5269447B2 - High-temperature fuel cell system and operation method thereof - Google Patents

High-temperature fuel cell system and operation method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP5269447B2
JP5269447B2 JP2008065846A JP2008065846A JP5269447B2 JP 5269447 B2 JP5269447 B2 JP 5269447B2 JP 2008065846 A JP2008065846 A JP 2008065846A JP 2008065846 A JP2008065846 A JP 2008065846A JP 5269447 B2 JP5269447 B2 JP 5269447B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
emergency stop
reformer
temperature fuel
water supply
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
Application number
JP2008065846A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009224115A (en
Inventor
孝夫 工藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eneos Corp
Original Assignee
JX Nippon Oil and Energy Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JX Nippon Oil and Energy Corp filed Critical JX Nippon Oil and Energy Corp
Priority to JP2008065846A priority Critical patent/JP5269447B2/en
Publication of JP2009224115A publication Critical patent/JP2009224115A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5269447B2 publication Critical patent/JP5269447B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、固体酸化物電解質形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell。以下場合によりSOFCという。)システムなどの高温型燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a high-temperature fuel cell system such as a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC) system.

SOFCシステムには、通常、灯油や都市ガスなどの炭化水素系燃料を改質して水素含有ガスとして改質ガスを発生させるための改質器と、改質ガスと空気を電気化学的に発電反応させるためのSOFCが含まれる。SOFCは通常、550〜1000℃の高温で作動させる。   The SOFC system usually reforms hydrocarbon fuels such as kerosene and city gas to generate reformed gas as hydrogen-containing gas, and electrochemically generates reformed gas and air. SOFC for reaction is included. The SOFC is usually operated at a high temperature of 550 to 1000 ° C.

SOFCシステムの停止時には、改質器およびSOFCの燃料極室(アノード室)に供給されている改質ガス(可燃性ガス)を、引火しないガスと置換することが望まれる。また、改質器に備わる改質触媒およびアノード電極の酸化劣化を防止する観点から、改質器および燃料極室に不活性ガスを供給することが望ましい。   When the SOFC system is stopped, it is desired to replace the reformed gas (flammable gas) supplied to the reformer and the fuel electrode chamber (anode chamber) of the SOFC with a gas that does not ignite. In addition, it is desirable to supply an inert gas to the reformer and the fuel electrode chamber from the viewpoint of preventing oxidative deterioration of the reforming catalyst and the anode electrode provided in the reformer.

特許文献1(特開平3−257762号公報)には、燃料電池システムの停止時に、置換ガスとして、窒素ガス供給設備より窒素ガスを供給し、改質器および燃料電池燃料極をパージする方法が開示される。   Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-257762) discloses a method of purging the reformer and the fuel cell fuel electrode by supplying nitrogen gas from a nitrogen gas supply facility as a replacement gas when the fuel cell system is stopped. Disclosed.

また、特許文献2(特開2003−229149号公報)には、燃料電池システムの停止時に、置換ガスとして改質原料(都市ガス)を供給し、改質器および燃料電池燃料極をパージする方法が開示される。
特開平3−257762号公報 特開2003−229149号公報
Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-229149) discloses a method of supplying a reforming material (city gas) as a replacement gas and purging the reformer and the fuel cell fuel electrode when the fuel cell system is stopped. Is disclosed.
JP-A-3-257762 JP 2003-229149 A

置換ガスを窒素ガスとする場合、窒素ボンベなどの窒素ガス供給設備が必要となり、設置スペースを広く必要とし、また、窒素ボンベの交換・補充などのコストがかかる。   When the replacement gas is nitrogen gas, a nitrogen gas supply facility such as a nitrogen cylinder is required, a large installation space is required, and costs such as replacement and supplementation of the nitrogen cylinder are required.

置換ガスを改質原料とする場合、改質原料ガスを浪費することになり、投入原料に対する発電効率を低下させることになる。また、可燃ガスがシステム内に滞留することになるが、可燃性ガスが空気などの酸化剤と混合することも考えられ、このようなことは避けることが望ましい。また、改質触媒あるいは燃料電池本体が高温である場合、炭化水素原料が熱分解し、改質触媒上あるいは燃料電池燃料極上でコーキングし、性能を劣化させるおそれもある。   When the replacement gas is used as the reforming material, the reforming material gas is wasted, and the power generation efficiency for the input material is reduced. Moreover, although combustible gas will stay in a system, it is also considered that combustible gas mixes with oxidizing agents, such as air, and it is desirable to avoid this. Further, when the reforming catalyst or the fuel cell main body is at a high temperature, the hydrocarbon raw material may be thermally decomposed and coked on the reforming catalyst or the fuel cell fuel electrode, thereby degrading the performance.

以上のことは、SOFCシステムのみならず溶融炭酸塩型燃料電池システムにもあてはまることである。   The above applies not only to SOFC systems but also to molten carbonate fuel cell systems.

このように高温型燃料電池システムの停止に際しては検討すべき課題がある。特に、緊急停止時には、行ないうることが限られるため、省スペースかつ低コストで不活性ガスによる改質器及び燃料電池のパージを行なうことは困難であった。   As described above, there are problems to be examined when stopping the high-temperature fuel cell system. In particular, since what can be performed during an emergency stop is limited, it is difficult to purge the reformer and the fuel cell with an inert gas in a space-saving and low-cost manner.

本発明の目的は、省スペースかつ低コストで不活性ガスによる改質器及び燃料電池のパージを行なうことのできる高温型燃料電池システムおよびその緊急停止方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a high-temperature fuel cell system capable of purging a reformer and a fuel cell with an inert gas in a space-saving and low cost, and an emergency stop method thereof.

本発明により、炭化水素系燃料を改質して改質ガスを製造する改質器と、該改質ガスを用いて発電を行う高温型燃料電池とを有する高温型燃料電池システムの緊急停止方法であって、
緊急停止時用水供給設備から供給した水を気化させ、得られたスチームを改質器および高温型燃料電池のアノード室に供給して、改質器および高温型燃料電池のアノード室の内部をスチームでパージする工程
を有する高温型燃料電池システムの緊急停止方法が提供される。
ただし、ここで、緊急停止時用水供給設備から供給する水の量を、改質器から、高温型燃料電池システムから排ガスが排出される排気口まで、の空間をパージできる最小限の量とする。
前記緊急停止時用水供給設備から供給した水を気化させるために、高温型燃料電池からの熱輻射を受ける位置に配置された気化器を用いることができる。
According to the present invention, an emergency stop method for a high-temperature fuel cell system comprising a reformer that reforms a hydrocarbon-based fuel to produce a reformed gas, and a high-temperature fuel cell that generates electric power using the reformed gas Because
The water supplied from the emergency stop water supply facility is vaporized, and the resulting steam is supplied to the reformer and the anode chamber of the high-temperature fuel cell, and the interior of the reformer and the anode chamber of the high-temperature fuel cell is steamed. An emergency stop method for a high-temperature fuel cell system is provided.
However, here, the amount of water supplied from the emergency stop water supply facility is set to the minimum amount that can purge the space from the reformer to the exhaust port from which the exhaust gas is discharged from the high-temperature fuel cell system. .
In order to vaporize the water supplied from the emergency stop water supply facility, a vaporizer disposed at a position that receives heat radiation from the high-temperature fuel cell can be used.

この方法において、前記緊急停止時用水供給設備が、加圧状態の水を収容した容器と、緊急停止時に開通する弁とを有することができる。。   In this method, the emergency stop water supply facility may include a container containing pressurized water and a valve that is opened during an emergency stop. .

この方法において、前記緊急停止時用水供給設備から供給した水を気化させるために、蓄熱材を備える気化器を用いることができる。   In this method, a vaporizer provided with a heat storage material can be used to vaporize the water supplied from the emergency stop water supply facility.

この方法において、前記高温型燃料電池システムが、前記緊急停止時用水供給設備とは別に、通常時用水供給設備を有することができる。   In this method, the high temperature fuel cell system may have a normal water supply facility separately from the emergency stop water supply facility.

この方法において、前記改質器が、水蒸気改質反応を促進可能な改質触媒を備えることができる。   In this method, the reformer can include a reforming catalyst capable of promoting a steam reforming reaction.

本発明により、炭化水素系燃料を改質して改質ガスを製造する改質器と、該改質ガスを用いて発電を行う高温型燃料電池とを有する高温型燃料電池システムであって、
緊急停止時用水供給設備と、
該緊急停止時用水供給設備から供給した水を気化させる気化器と、
該気化器から得られたスチームを改質器および高温型燃料電池のアノード室に供給するラインと
をさらに有する高温型燃料電池システムが提供される。
ただし、ここで、緊急停止時用水供給設備に、改質器から、高温型燃料電池システムから排ガスが排出される排気口まで、の空間をパージできる最小限の量の水が収容される。
前記気化器が、高温型燃料電池からの熱輻射を受ける位置に配置されることができる。
According to the present invention, there is provided a high-temperature fuel cell system having a reformer that reforms a hydrocarbon-based fuel to produce a reformed gas, and a high-temperature fuel cell that generates electric power using the reformed gas,
Water supply equipment for emergency stop,
A vaporizer for vaporizing water supplied from the emergency stop water supply facility;
There is provided a high temperature fuel cell system further comprising a line for supplying steam obtained from the vaporizer to the reformer and the anode chamber of the high temperature fuel cell.
However, here, the water supply facility for emergency stop contains a minimum amount of water that can purge the space from the reformer to the exhaust port from which the exhaust gas is discharged from the high-temperature fuel cell system.
The vaporizer may be disposed at a position to receive heat radiation from the high temperature fuel cell.

このシステムにおいて、前記緊急停止時用水供給設備が、加圧状態の水を収容可能な容器と、緊急停止時に開通する弁とを有することができる。   In this system, the emergency stop water supply facility may include a container capable of storing pressurized water and a valve opened during an emergency stop.

このシステムにおいて、前記気化器が蓄熱材を備えることができる。   In this system, the vaporizer can include a heat storage material.

このシステムにおいて、前記高温型燃料電池システムが、前記緊急停止時用水供給設備とは別に、通常時用水供給設備を有することができる。   In this system, the high temperature fuel cell system may have a normal water supply facility separately from the emergency stop water supply facility.

このシステムにおいて、前記改質器が、水蒸気改質反応を促進可能な改質触媒を備えることができる。   In this system, the reformer can include a reforming catalyst capable of promoting a steam reforming reaction.

本発明により、省スペースかつ低コストで不活性ガスによる改質器及び燃料電池のパージを行なうことのできる高温型燃料電池システムおよびその緊急停止方法が提供される。   According to the present invention, a high-temperature fuel cell system capable of purging a reformer and a fuel cell with an inert gas in a space-saving and low cost and an emergency stop method thereof are provided.

本発明において、高温型燃料電池システムは、炭化水素系燃料を改質して改質ガスを製造する改質器と、この改質ガスを用いて発電を行う高温型燃料電池とを有する。   In the present invention, the high-temperature fuel cell system includes a reformer that reforms a hydrocarbon fuel to produce a reformed gas, and a high-temperature fuel cell that generates electric power using the reformed gas.

緊急停止時においては、緊急停止時用水供給設備から供給した水を気化させ、得られたスチームを改質器および高温型燃料電池のアノード室に供給することにより、改質器および高温型燃料電池のアノード室の内部をスチームでパージする工程を行なう。   At the time of emergency stop, the water supplied from the emergency stop water supply facility is vaporized, and the obtained steam is supplied to the reformer and the anode chamber of the high-temperature fuel cell, so that the reformer and the high-temperature fuel cell are supplied. The step of purging the inside of the anode chamber with steam is performed.

このために、緊急停止時用水供給設備と、この緊急停止時用水供給設備から供給した水を気化させる気化器と、この気化器から得られたスチームを改質器および高温型燃料電池のアノード室に供給するラインとを有する高温型燃料電池システムを用いることができる。なお、このラインは、スチームを改質器とアノード室とに別々に供給可能である必要はなく、スチームを改質器およびアノード室に順次供給可能であってもよい。つまり、スチームを改質器に供給し、改質器から排出されるスチームをアノード室に供給することが可能なラインを用いることができる。   For this purpose, an emergency stop water supply facility, a vaporizer for vaporizing water supplied from the emergency stop water supply facility, and steam obtained from the vaporizer are used as a reformer and an anode chamber of a high-temperature fuel cell. A high-temperature fuel cell system having a line for supplying to the battery can be used. In this line, it is not necessary that steam can be separately supplied to the reformer and the anode chamber, and steam may be sequentially supplied to the reformer and the anode chamber. That is, a line that can supply steam to the reformer and supply steam discharged from the reformer to the anode chamber can be used.

以下、図面を用いて本発明の一形態について説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。ここではSOFC近傍に改質器を有する間接内部改質型SOFCを備えるSOFCシステムについて説明する。   Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. Here, an SOFC system including an indirect internal reforming SOFC having a reformer in the vicinity of the SOFC will be described.

〔間接内部改質型SOFC〕
図1および2に、間接内部改質型SOFCシステムの一形態を模式的に示す。図1は通常時の状態を表し、図2は緊急停止時の状態を表す。
[Indirect internal reforming SOFC]
1 and 2 schematically show an embodiment of an indirect internal reforming SOFC system. FIG. 1 shows a normal state, and FIG. 2 shows an emergency stop state.

間接内部改質型SOFCは、炭化水素系燃料を改質して改質ガス(水素含有ガス)を製造する改質器2、改質ガスを用いて発電を行うSOFC3、SOFCのアノード室から排出されるアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域4を有し、また、改質器、SOFCおよび燃焼領域を収容する筐体5を有する。   The indirect internal reforming SOFC is a reformer 2 that reforms hydrocarbon fuel to produce reformed gas (hydrogen-containing gas), SOFC3 that generates power using the reformed gas, and exhausts from the anode chamber of the SOFC It has a combustion zone 4 for burning the anode off gas to be burned, and a housing 5 for accommodating the reformer, the SOFC and the combustion zone.

改質器は、改質触媒層2aを備える。また、アノードオフガスに着火するための着火手段であるイグナイター6が設けられている。   The reformer includes a reforming catalyst layer 2a. In addition, an igniter 6 is provided as an ignition means for igniting the anode off gas.

間接内部改質型SOFCは、筐体(モジュール容器)5およびその内部に含まれる設備をいう。   The indirect internal reforming SOFC refers to a casing (module container) 5 and equipment included therein.

筐体内には、さらに緊急停止時用の気化器8が収容される。緊急停止時用気化器8には、蓄熱材8aが収容される。   A vaporizer 8 for emergency stop is further accommodated in the housing. In the emergency stop vaporizer 8, a heat storage material 8a is accommodated.

蓄熱材としては、使用環境に耐性を有し、蓄熱効果のある物質を適宜用いることができる。例えば、気化器を形成する容器内に、アルミナボール等のセラミックス材を充填することができる。   As the heat storage material, a material having resistance to the use environment and having a heat storage effect can be appropriately used. For example, the container forming the vaporizer can be filled with a ceramic material such as an alumina ball.

なお、各供給流体は必要に応じて適宜予熱されたうえで改質器もしくはSOFCに供給される。   Each supply fluid is appropriately preheated as needed and then supplied to the reformer or SOFC.

図1に示すように、通常時(発電時など)には、炭化水素系燃料とスチームが改質器2、特には改質触媒層2aに供給される。このとき、水が通常時用水供給設備から気化器(通常時用気化器)1に供給され、通常時用気化器1からスチームが得られる。   As shown in FIG. 1, during normal times (such as during power generation), hydrocarbon-based fuel and steam are supplied to the reformer 2, particularly the reforming catalyst layer 2a. At this time, water is supplied from the normal-time water supply facility to the vaporizer (normal-time vaporizer) 1, and steam is obtained from the normal-time vaporizer 1.

通常時用水供給設備には、水を継続して供給可能な設備を適宜用いることができる。ここでは、水道水配管に、緊急停止時に閉止する電磁弁11を接続し、通常時用水供給設備としている。流量調節弁(不図示)等も適宜用いられる。緊急停止時に閉止する弁としてここでは電磁弁を用いているが、その限りではなく、空気により駆動される弁などを用いることができる。この電磁弁として、電源供給が無くなったときに閉止する電磁弁を用いることができる。   As the normal-time water supply facility, facilities capable of continuously supplying water can be used as appropriate. Here, the solenoid valve 11 which closes at the time of emergency stop is connected to a tap water piping, and it is set as the normal time water supply equipment. A flow control valve (not shown) or the like is also used as appropriate. Here, an electromagnetic valve is used as a valve that closes at the time of an emergency stop. However, the valve is not limited thereto, and a valve driven by air or the like can be used. As this electromagnetic valve, an electromagnetic valve that closes when power supply is lost can be used.

通常時用気化器1における熱源としては、システム内の高温ガスを適宜利用できる。ここではモジュール容器5から排出されるガスを用いている。   As a heat source in the normal-time vaporizer 1, high-temperature gas in the system can be used as appropriate. Here, gas discharged from the module container 5 is used.

また、炭化水素系燃料は適宜改質器に供給することができる。ここでは緊急停止時に閉止する電磁弁12を経由して炭化水素系燃料が改質器に供給される。炭化水素系燃料として灯油等の液体燃料を用いる場合は、炭化水素系燃料を適宜気化したうえで改質器に供給することができる。   Further, the hydrocarbon fuel can be appropriately supplied to the reformer. Here, the hydrocarbon-based fuel is supplied to the reformer via the electromagnetic valve 12 that is closed at the time of emergency stop. When liquid fuel such as kerosene is used as the hydrocarbon-based fuel, the hydrocarbon-based fuel can be appropriately vaporized and then supplied to the reformer.

改質器において炭化水素系燃料が改質され、水素を含む改質ガスが得られる。改質器から得られた改質ガスがSOFC3、特にはそのアノード室に供給される。また、空気が適宜予熱されてSOFCのカソード室に供給される。   The hydrocarbon fuel is reformed in the reformer, and a reformed gas containing hydrogen is obtained. The reformed gas obtained from the reformer is supplied to the SOFC 3, particularly the anode chamber thereof. In addition, air is appropriately preheated and supplied to the cathode chamber of the SOFC.

アノードオフガス(アノードから排出されるガス)中の可燃分がSOFC出口の燃焼領域4において、カソードオフガス(カソードから排出されるガス)中の酸素によって燃焼される。このために、イグナイター6を用いて着火することができる。アノード、カソードともその出口がモジュール容器5内に開口している。燃焼ガスは、モジュール容器から排出され、適宜熱回収されて、システム外に排出される。   The combustible component in the anode off gas (gas discharged from the anode) is burned by oxygen in the cathode off gas (gas discharged from the cathode) in the combustion region 4 at the SOFC outlet. For this purpose, ignition can be performed using the igniter 6. The outlets of both the anode and the cathode are opened in the module container 5. Combustion gas is exhausted from the module container, heat is recovered as appropriate, and exhausted outside the system.

通常時には、通常時用水供給設備のバルブ11および炭化水素系燃料供給用のバルブ12は開かれ、緊急停止時に用いるバルブ13は閉じられている。   At normal times, the valve 11 for normal water supply equipment and the valve 12 for hydrocarbon fuel supply are opened, and the valve 13 used at the time of emergency stop is closed.

緊急停止時には、図2に示すように、バルブ11および12が閉じ、バルブ13が開く。通常時用の水および炭化水素系燃料の供給は停止され、緊急停止時用の水の供給が開始される。カソードガス(空気)の供給も停止される。   At the time of emergency stop, as shown in FIG. 2, the valves 11 and 12 are closed and the valve 13 is opened. The supply of water for normal time and hydrocarbon fuel is stopped, and the supply of water for emergency stop is started. The supply of cathode gas (air) is also stopped.

緊急停止時用水供給設備は、加圧状態の水を収容可能な容器(緊急停止時用水タンク)7と、緊急停止時に開通する電磁弁13とを有する。緊急停止時用水タンク7には、水が圧入されている。バルブ13が開くと、その圧力によって、水が気化器8に供給される。このように水タンク内の圧力を利用して水を供給すれば、電源等の外部からのエネルギー供給が無くとも水供給が可能である。緊急停止時に開通する弁としてここでは電磁弁を用いているが、その限りではなく、空気により駆動される弁などを用いることができる。この電磁弁として、電源供給が無くなったときに開通する電磁弁を用いることができる。   The emergency stop water supply facility includes a container (emergency stop water tank) 7 that can store pressurized water, and an electromagnetic valve 13 that is opened during an emergency stop. Water is injected into the emergency stop water tank 7. When the valve 13 is opened, water is supplied to the vaporizer 8 by the pressure. If water is supplied using the pressure in the water tank in this way, water can be supplied without any external energy supply such as a power source. Here, an electromagnetic valve is used as a valve that is opened at the time of an emergency stop. However, the valve is not limited thereto, and a valve driven by air or the like can be used. As this electromagnetic valve, an electromagnetic valve that is opened when power supply is lost can be used.

緊急停止時用水タンク内に水を圧力状態で収容するために、水を圧縮して緊急停止時用水タンクに入れておくことができる。また、窒素などの不活性ガスを、緊急停止時用水タンク内の一部もしくは水タンクに接続された容器(アキュムレータ)に圧縮して入れておいてもよい。あるいは、水道の圧力を利用して水を水タンクに圧入してもよい。水を緊急停止時用水タンクに圧入する水供給圧力が過剰な場合に備え、水タンクに脱圧弁を備えておいてもよい。これにより、圧力過剰なときに、脱圧弁により、系外へ脱圧することができる。   In order to accommodate water in the emergency stop water tank in a pressure state, the water can be compressed and placed in the emergency stop water tank. Further, an inert gas such as nitrogen may be compressed into a part of the emergency stop water tank or a container (accumulator) connected to the water tank. Or you may press-fit water into a water tank using the pressure of water supply. In preparation for when the water supply pressure for pressing water into the emergency stop water tank is excessive, the water tank may be provided with a depressurization valve. Thereby, when the pressure is excessive, the pressure can be released out of the system by the pressure reducing valve.

さて、緊急停止時用気化器8には蓄熱材8aが収容されており、この蓄熱材に蓄えられた熱によって水が気化し、スチームが発生する。発生したスチームを改質器に導入することにより、改質器およびSOFCのアノード室にスチームを供給することができ、改質器および高温型燃料電池のアノード室の内部の、残留改質ガスおよび未反応燃料をパージすることが可能である。   Now, the heat storage material 8a is accommodated in the emergency stop vaporizer 8, and water is vaporized by the heat stored in the heat storage material, thereby generating steam. By introducing the generated steam into the reformer, steam can be supplied to the reformer and the anode chamber of the SOFC, and the residual reformed gas and the inside of the reformer and the anode chamber of the high-temperature fuel cell can be supplied. Unreacted fuel can be purged.

また、改質触媒が水蒸気改質反応を促進可能な触媒である場合、改質触媒上の残留未反応燃料に、スチームを供給することにより、未反応燃料の完全改質を促進し、未反応燃料をパージすることができる。これにより、改質触媒および改質器下流にある燃料電池のコーク析出による劣化を優れて防止することができる。   In addition, when the reforming catalyst is a catalyst that can promote the steam reforming reaction, by supplying steam to the remaining unreacted fuel on the reforming catalyst, the complete reforming of the unreacted fuel is promoted and the unreacted fuel is not reacted. The fuel can be purged. As a result, the deterioration due to coke deposition of the reforming catalyst and the fuel cell downstream of the reformer can be excellently prevented.

改質器とSOFCに加えて、緊急停止時用気化器も一つのモジュール容器に収容されモジュール化される。改質器および緊急停止時用気化器はSOFCから受熱可能な位置に配される。例えば改質器および緊急停止時用気化器をSOFCからの熱輻射を受ける位置に配置すれば、発電時にSOFCからの熱輻射によって改質器および緊急停止時用気化器が加熱される。   In addition to the reformer and SOFC, the emergency stop vaporizer is also housed in a single module container and modularized. The reformer and the emergency stop vaporizer are arranged at a position where heat can be received from the SOFC. For example, if the reformer and the emergency stop carburetor are arranged at a position where they receive heat radiation from the SOFC, the reformer and the emergency stop carburetor are heated by the heat radiation from the SOFC during power generation.

間接内部改質型SOFCにおいて、改質器および緊急停止時用気化器は、SOFCから改質器および緊急停止時用気化器の外表面へと直接輻射伝熱可能な位置に配することが好ましい。従って改質器とSOFCとの間、および緊急停止時用気化器とSOFCとの間には、実質的に遮蔽物は配置しないことが好ましい。つまり改質器とSOFCとの間、および緊急停止時用気化器とSOFCとの間は、空隙にすることが好ましい。また、改質器とSOFCとの距離、および緊急停止時用気化器とSOFCとの距離は、極力短くすることが好ましい。   In the indirect internal reforming SOFC, the reformer and the emergency stop carburetor are preferably arranged at a position where radiation heat can be directly transferred from the SOFC to the outer surface of the reformer and the emergency stop carburetor. . Therefore, it is preferable that substantially no shielding is disposed between the reformer and the SOFC and between the emergency stop vaporizer and the SOFC. That is, it is preferable to make a gap between the reformer and the SOFC and between the emergency stop vaporizer and the SOFC. Moreover, it is preferable to shorten the distance between the reformer and the SOFC and the distance between the emergency stop vaporizer and the SOFC as much as possible.

燃焼領域4において発生するアノードオフガスの燃焼熱によって、改質器2および緊急停止時用気化器8が加熱される。また、SOFCが改質器より高温である場合には、SOFCからの輻射熱によっても改質器が加熱され、SOFCが緊急停止時用気化器より高温である場合には、SOFCからの輻射熱によっても緊急停止時用気化器が加熱される。   The reformer 2 and the emergency stop vaporizer 8 are heated by the combustion heat of the anode off gas generated in the combustion region 4. Also, when the SOFC is hotter than the reformer, the reformer is also heated by the radiant heat from the SOFC, and when the SOFC is hotter than the vaporizer for emergency stop, the radiant heat from the SOFC also The emergency stop vaporizer is heated.

さらに、改質による発熱によって改質器が加熱される場合もある。改質が部分酸化改質である場合、あるいは自己熱改質(オートサーマルリフォーミング)の場合であって水蒸気改質反応による吸熱より部分酸化改質反応による発熱の方が大きい場合、改質に伴って発熱する。   Furthermore, the reformer may be heated by heat generated by reforming. If the reforming is partial oxidation reforming or autothermal reforming (autothermal reforming) and the heat generation by the partial oxidation reforming reaction is greater than the endothermic reaction by the steam reforming reaction, Fever accompanies.

改質器2と気化器8とを一体化することもできる。例えば、一つの容器内の上流側に蓄熱材を収容し、下流側に改質触媒を収容することができる。   The reformer 2 and the vaporizer 8 can be integrated. For example, the heat storage material can be accommodated on the upstream side in one container, and the reforming catalyst can be accommodated on the downstream side.

上に説明した形態では、緊急停止時用水供給設備が、加圧状態の水を収容した容器と、緊急停止時に開通する電磁弁とを有する。この形態は、緊急停止時に、水供給のために外部からのエネルギー供給(電源など)が不要であるという観点から好ましい。   In the embodiment described above, the emergency stop water supply facility has a container containing pressurized water and an electromagnetic valve that is opened during an emergency stop. This mode is preferable from the viewpoint that external energy supply (power source or the like) is not necessary for water supply during an emergency stop.

上に説明した形態では、緊急停止時用水供給設備から供給した水を気化させるために、蓄熱材を収容した気化器を用いる。この形態は、緊急停止時に、水気化のために外部からのエネルギー供給(電源など)が不要であるという観点から好ましい。   In the form demonstrated above, in order to vaporize the water supplied from the emergency stop water supply equipment, the vaporizer which accommodated the heat storage material is used. This form is preferable from the viewpoint that external energy supply (power supply or the like) is not required for water vaporization during an emergency stop.

燃料電池が発電を行っている通常時に燃料電池が発生する熱を利用して蓄熱材に蓄熱することができる。蓄熱材は筺体内部に備えて、オフガス燃焼熱を利用しても良いし、燃料電池からの輻射伝熱を利用しても良い。また、蓄熱材は筺体内部に限られず、外部に熱交換器を備え、排ガスと熱交換により蓄熱する形態であってもよい。   It is possible to store heat in the heat storage material by using heat generated by the fuel cell at normal times when the fuel cell is generating power. The heat storage material may be provided inside the housing and may use off-gas combustion heat or may use radiant heat transfer from the fuel cell. In addition, the heat storage material is not limited to the inside of the housing, and may have a form in which a heat exchanger is provided outside and heat is stored by exchanging heat with exhaust gas.

上に説明した形態では、高温型燃料電池システムが、緊急停止時用水供給設備とは別に、通常時用水供給設備を有する。また、水蒸気改質により改質ガスを得る場合について述べているが、水蒸気改質による水素源は、原料である炭化水素に含まれる水素分のみならず、水も水素源となるため、改質ガス中の水素濃度を高める点で好ましい。また、自己熱改質により改質ガスを得る場合においても同様である。   In the embodiment described above, the high-temperature fuel cell system has a normal time water supply facility separately from the emergency stop water supply facility. In addition, although the case where the reformed gas is obtained by steam reforming is described, the hydrogen source by steam reforming is not only the hydrogen content contained in the hydrocarbon that is the raw material, but water is also the hydrogen source. This is preferable in terms of increasing the hydrogen concentration in the gas. The same applies to the case where the reformed gas is obtained by autothermal reforming.

上に説明した形態では、改質器が、水蒸気改質反応を促進可能な改質触媒を収容する。この形態は、緊急停止時に、改質器内に残留する炭化水素系燃料の改質を行なうことができ、SOFCにおけるコーキングをより確実に防止することができるという観点から好ましい。   In the form described above, the reformer contains a reforming catalyst capable of promoting the steam reforming reaction. This form is preferable from the viewpoint that the hydrocarbon-based fuel remaining in the reformer can be reformed during an emergency stop, and coking in the SOFC can be more reliably prevented.

水蒸気改質反応を促進可能な改質触媒としては、水蒸気改質触媒や自己熱改質触媒を用いることができる。   As the reforming catalyst capable of promoting the steam reforming reaction, a steam reforming catalyst or an autothermal reforming catalyst can be used.

緊急停止時用水供給設備から供給する水の量を、改質器から排ガス出口(燃料電池システムから排ガスが排出される排気口)までの空間を十分にパージできる最小限の量とすることが、システム内での露結を防止する観点から、好ましい。上の形態では、緊急停止時用水タンク7に圧入しておく水の量を、この最小限の量とすることができる。   The amount of water supplied from the emergency stop water supply facility should be the minimum amount that can sufficiently purge the space from the reformer to the exhaust gas outlet (exhaust port from which exhaust gas is discharged from the fuel cell system). This is preferable from the viewpoint of preventing condensation in the system. In the above form, the amount of water to be pressed into the emergency stop water tank 7 can be set to this minimum amount.

上記十分にパージできる最小限の量としては、改質器容積、改質器からアノード室入口までの容積、アノード室容積、燃焼室(図1に示した形態において筐体内の燃焼ガスが流通可能な部分)容積、および燃焼室から排気口までの排ガスライン容積を合計した容積を採用することができる。この最小限の量は、構造物の容積から算出することができ、また、予備試験によりパージできる量をあらかじめ求めることができる。この最小限の量のスチームを発生可能なように、緊急停止時用水タンクに収容する水の量を決定することができる。   As the minimum amount that can be sufficiently purged, the volume of the reformer, the volume from the reformer to the inlet of the anode chamber, the volume of the anode chamber, the combustion chamber (in the form shown in FIG. 1, the combustion gas in the casing can flow) The volume obtained by adding up the volume and the exhaust gas line volume from the combustion chamber to the exhaust port can be adopted. This minimum amount can be calculated from the volume of the structure, and an amount that can be purged by a preliminary test can be determined in advance. The amount of water accommodated in the emergency stop water tank can be determined so that this minimum amount of steam can be generated.

加圧状態の水と言った場合の加圧状態とは、改質器および燃料電池電極室を大気圧にて使用する場合には、大気圧より高い圧力まで加圧した状態をさす。また、改質器あるいは燃料電池電極室、または両方を、大気圧よりも加圧して使用する場合には、その使用圧力よりも高い圧力まで昇圧した状態を指す。すなわち、パージされるべき部分の使用圧力よりも高い圧力を意味している。   When the reformer and the fuel cell electrode chamber are used at atmospheric pressure, the pressurized state in the case of the pressurized water refers to a state where the pressure is increased to a pressure higher than the atmospheric pressure. Further, when the reformer and / or the fuel cell electrode chamber are used under a pressure higher than the atmospheric pressure, this indicates a state where the pressure is increased to a pressure higher than the working pressure. That is, the pressure is higher than the working pressure of the portion to be purged.

緊急停止時用の水供給圧(緊急停止時用水タンクから水が供給される際の吐出圧力)を燃料電池システムの耐圧以下とすることが、燃料電池システムの損傷防止の観点から好ましい。燃料電池システムの耐圧は、配管、配管接合部、燃料電池部材、筺体など燃料電池システムを構成する部材うちの最低耐圧を意味する。予備試験により各部材の耐圧を求めることができる。緊急停止時用の水供給圧を燃料電池システムの耐圧以下とするために、圧力制御装置により燃料電池システムの耐圧値以下に制御しながら水を加圧充填することができる。耐圧値以上で動作する安全弁を備えることが好ましい。   It is preferable from the viewpoint of preventing damage to the fuel cell system that the water supply pressure for emergency stop (discharge pressure when water is supplied from the water tank for emergency stop) is equal to or lower than the pressure resistance of the fuel cell system. The pressure resistance of the fuel cell system means the lowest pressure resistance among members constituting the fuel cell system, such as pipes, pipe joints, fuel cell members, and housings. The pressure resistance of each member can be obtained by a preliminary test. In order to make the water supply pressure for emergency stop below the pressure resistance of the fuel cell system, it is possible to pressurize and fill the water while controlling the pressure control device below the pressure resistance value of the fuel cell system. It is preferable to provide a safety valve that operates at a pressure value or higher.

通常時用水気化器については、図1および2に示した形態では筺体の外部にあるがこの限りではなく、筐体内部に備わっていてもよい。また、気化するのは水だけでなく、液体燃料を使用する場合、液体燃料も気化することができる。液体燃料の通常時用気化器は通常時用水気化器と別体であっても、一体であってもよい。また、通常時用水気化器は改質器と一体としてもよいし、別体であってもよい。   The normal-time water vaporizer is outside the housing in the form shown in FIGS. 1 and 2, but is not limited thereto, and may be provided inside the housing. Further, not only water but also liquid fuel can be vaporized when using liquid fuel. The normal fuel vaporizer for liquid fuel may be separate from or integral with the normal water vaporizer. The normal-time water vaporizer may be integrated with the reformer or may be a separate body.

水気化を必要としない原料を利用する場合(炭化水素系燃料がLPGやメタンのようなガス体で、かつ、部分酸化による改質を行う場合)については、通常時用水気化器は不要である。ただし、炭化水素系燃料を加湿する場合は、適宜気化器を用いて気化させてもよい。   When using raw materials that do not require water vaporization (when the hydrocarbon fuel is a gas body such as LPG or methane and reforming is performed by partial oxidation), a normal water vaporizer is not required. . However, when the hydrocarbon fuel is humidified, it may be vaporized using a vaporizer as appropriate.

なお、緊急停止時は、例えば、燃料電池システム補機(原料供給系、制御系、測定系など)への電力の供給が停止した停電時や、システム内温度異常、制御異常、安全装置作動、地震などにより、制御が困難な状態や外部からのエネルギー供給されない状態で、通常の停止工程を行わず(行うことができず)、システムの運転を緊急に停止する状態のときを意味する。   In the case of an emergency stop, for example, in the event of a power failure when the power supply to the fuel cell system auxiliary equipment (raw material supply system, control system, measurement system, etc.) is stopped, system temperature abnormality, control abnormality, It means a state in which the operation of the system is stopped urgently without performing a normal stop process (cannot be performed) due to an earthquake or the like, in a state where control is difficult or no external energy is supplied.

緊急停止時用水供給設備は、制御・外部からのエネルギー供給がなくても、独立して作動可能な水供給設備を意味する。   The emergency stop water supply facility means a water supply facility that can operate independently without control or external energy supply.

「通常時」は、緊急停止時のような異常が発生していない状態で、手動あるいは自動での発電を行っている状態のときを意味する。この状態では燃料電池から電力と熱の供給が行われている。   “Normal time” means a state where power generation is performed manually or automatically in a state where no abnormality has occurred as in an emergency stop. In this state, power and heat are supplied from the fuel cell.

通常時用水供給設備は、例えば、水蒸気改質反応を行う場合の改質原料用の水を供給する設備を意味する。改質ガスを自己熱改質により得る場合にも適用可能である。他に、部分酸化改質を行なう場合において燃料を加湿するような場合にも適用可能である。   The normal-time water supply facility means, for example, a facility that supplies water for a reforming raw material when performing a steam reforming reaction. The present invention is also applicable when the reformed gas is obtained by autothermal reforming. In addition, the present invention can be applied to the case where the fuel is humidified when performing partial oxidation reforming.

蓄熱材は、通常時に受熱して、蓄熱できる材料を意味する。緊急停止時に水を気化させる観点、緊急停止時用気化器の容積を小さくする観点から、熱容量が大きいものが好ましい。   The heat storage material means a material that can receive heat and store heat in normal times. From the viewpoint of vaporizing water during an emergency stop and from the viewpoint of reducing the volume of the emergency stop vaporizer, those having a large heat capacity are preferable.

〔筐体〕
間接内部改質型SOFCに用いる筐体(モジュール容器)としては、SOFC、改質器および燃焼領域を収容可能な適宜の容器を用いることができる。その材料としては、例えばステンレス鋼など、使用する環境に耐性を有する適宜の材料を用いることができる。容器には、ガスの取り合い等のために、適宜接続口が設けられる。
[Case]
As the casing (module container) used for the indirect internal reforming SOFC, an appropriate container capable of accommodating the SOFC, the reformer, and the combustion region can be used. As the material, for example, an appropriate material having resistance to the environment to be used, such as stainless steel, can be used. The container is appropriately provided with a connection port for gas exchange and the like.

モジュール容器の内部と外界(大気)とが連通しないように、モジュール容器が気密性を持つことが好ましい。   The module container is preferably airtight so that the interior of the module container does not communicate with the outside (atmosphere).

〔燃焼領域〕
燃焼領域は、SOFCのアノードから排出されるアノードオフガスを燃焼可能な領域である。例えば、アノード出口を筐体内に開放し、アノード出口近傍の空間を燃焼領域とすることができる。酸素含有ガスとして例えばカソードオフガスを用いてこの燃焼を行なうことができる。このために、カソード出口を筐体内に開放することができる。
(Combustion area)
The combustion region is a region where the anode off gas discharged from the anode of the SOFC can be combusted. For example, the anode outlet can be opened in the housing, and the space near the anode outlet can be used as a combustion region. This combustion can be performed using, for example, a cathode off gas as the oxygen-containing gas. For this purpose, the cathode outlet can be opened in the housing.

燃焼用燃料もしくはアノードオフガスを燃焼させるために、イグナイターなどの着火手段を適宜用いることができる。   An ignition means such as an igniter can be appropriately used to burn the combustion fuel or anode off gas.

以上、間接内部改質型SOFCシステムを例にとって説明したが、その限りではなく、外部改質型SOFCシステムにも本発明を適用することができる。   The indirect internal reforming SOFC system has been described above as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention can also be applied to an external reforming SOFC system.

また本発明は、高温型燃料電池に適用することができる。つまり、SOFCの他に溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)システムにも本発明を適用することができる。   The present invention can also be applied to high temperature fuel cells. That is, the present invention can be applied to a molten carbonate fuel cell (MCFC) system in addition to the SOFC.

〔炭化水素系燃料〕
炭化水素系燃料としては、改質ガスの原料として高温型燃料電池の分野で公知の、分子中に炭素と水素を含む(酸素など他の元素を含んでもよい)化合物もしくはその混合物から適宜選んで用いることができ、炭化水素類、アルコール類など分子中に炭素と水素を有する化合物を用いることができる。例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、都市ガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油等の炭化水素燃料、また、メタノール、エタノール等のアルコール、ジメチルエーテル等のエーテル等である。
[Hydrocarbon fuel]
The hydrocarbon-based fuel is appropriately selected from compounds or mixtures thereof containing carbon and hydrogen (may contain other elements such as oxygen) known in the field of high-temperature fuel cells as a reformed gas raw material. Compounds having carbon and hydrogen in the molecule such as hydrocarbons and alcohols can be used. For example, hydrocarbon fuels such as methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, gasoline, naphtha, kerosene, light oil, etc., alcohols such as methanol and ethanol, ethers such as dimethyl ether, etc. is there.

なかでも灯油やLPGは、入手容易であり好ましい。また独立して貯蔵可能であるため、都市ガスのラインが普及していない地域において有用である。さらに、灯油やLPGを利用したSOFC発電装置は、非常用電源として有用である。特には、取り扱いも容易である点で、灯油が好ましい。   Of these, kerosene and LPG are preferred because they are readily available. Moreover, since it can be stored independently, it is useful in areas where city gas lines are not widespread. Furthermore, SOFC power generators using kerosene or LPG are useful as emergency power supplies. In particular, kerosene is preferable because it is easy to handle.

〔改質器〕
改質器は、炭化水素系燃料から水素を含む改質ガスを製造する。
[Reformer]
The reformer produces a reformed gas containing hydrogen from a hydrocarbon fuel.

改質器においては、水蒸気改質、部分酸化改質、および、水蒸気改質反応に部分酸化反応が伴うオートサーマルリフォーミングのいずれを行ってもよい。   In the reformer, any of steam reforming, partial oxidation reforming, and autothermal reforming accompanied by a partial oxidation reaction in the steam reforming reaction may be performed.

改質器には、水蒸気改質能を有する水蒸気改質触媒、部分酸化改質能を有する部分酸化改質触媒、部分酸化改質能と水蒸気改質能とを併せ持つ自己熱改質触媒を適宜用いることができる。   The reformer is appropriately equipped with a steam reforming catalyst having steam reforming ability, a partial oxidation reforming catalyst having partial oxidation reforming ability, and a self-thermal reforming catalyst having both partial oxidation reforming ability and steam reforming ability. Can be used.

改質器の構造は、改質器として公知の構造を適宜採用できる。例えば、密閉可能な容器内に改質触媒を収容する領域を有し、改質に必要な流体の導入口と改質ガスの排出口を有する構造とすることができる。   As the structure of the reformer, a structure known as a reformer can be appropriately adopted. For example, it is possible to have a structure having a region for accommodating the reforming catalyst in a sealable container and having an inlet for fluid necessary for reforming and an outlet for reforming gas.

改質器の材質は、改質器として公知の材質から、使用環境における耐性を考慮して適宜選んで採用できる。   The material of the reformer can be appropriately selected and adopted from materials known as reformers in consideration of resistance in the use environment.

改質器の形状は、直方体状や円管状など適宜の形状とすることができる。   The shape of the reformer can be an appropriate shape such as a rectangular parallelepiped or a circular tube.

炭化水素系燃料(必要に応じて予め気化される)および水蒸気、さらに必要に応じて空気等の酸素含有ガスをそれぞれ単独で、もしくは適宜混合した上で改質器(改質触媒層)に供給することができる。また、改質ガスは高温型燃料電池のアノードに供給される。   Supply hydrocarbon-based fuel (pre-vaporized if necessary), water vapor, and oxygen-containing gas such as air, if necessary, individually or appropriately mixed to the reformer (reforming catalyst layer) can do. The reformed gas is supplied to the anode of the high temperature fuel cell.

〔高温型燃料電池〕
本発明は、燃料電池が高温で、その熱を通常運転時に蓄熱して緊急停止時に利用することができる、高温型燃料電池を備えるシステムに好適に適用することができる。このような燃料電池としては、SOFCやMCFCがある。
[High-temperature fuel cell]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably applied to a system including a high-temperature fuel cell in which the fuel cell is hot and can store the heat during normal operation and can be used in an emergency stop. Such fuel cells include SOFC and MCFC.

SOFCとしては、平板型や円筒型などの各種形状の公知のSOFCから適宜選んで採用できる。SOFCでは、一般的に、酸素イオン導電性セラミックスもしくはプロトンイオン導電性セラミックスが電解質として利用される。   As the SOFC, various known shapes such as a flat plate type and a cylindrical type can be appropriately selected and used. In the SOFC, oxygen ion conductive ceramics or proton ion conductive ceramics are generally used as an electrolyte.

MCFCについても、公知のMCFCから適宜選んで採用できる。   The MCFC can be appropriately selected from known MCFCs.

SOFCやMCFCは単セルであってもよいが、実用上は複数の単セルを配列させたスタック(円筒型の場合はバンドルと呼ばれることもあるが、本明細書でいうスタックはバンドルも含む)が好ましく用いられる。この場合、スタックは1つでも複数でもよい。   The SOFC or MCFC may be a single cell, but in practice, a stack in which a plurality of single cells are arranged (in the case of a cylindrical type, it may be called a bundle, but the stack referred to in this specification also includes a bundle) Is preferably used. In this case, one or more stacks may be used.

〔改質触媒〕
改質器で用いる水蒸気改質触媒、部分酸化改質触媒、自己熱改質触媒のいずれも、それぞれ公知の触媒を用いることができる。部分酸化改質触媒の例としては白金系触媒、水蒸気改質触媒の例としてはルテニウム系およびニッケル系、自己熱改質触媒の例としてはロジウム系触媒を挙げることができる。燃焼を促進可能な改質触媒の例としては白金系およびロジウム系触媒を挙げることができる。
[Reforming catalyst]
Any of the steam reforming catalyst, partial oxidation reforming catalyst, and autothermal reforming catalyst used in the reformer can be a known catalyst. Examples of the partial oxidation reforming catalyst include platinum-based catalysts, examples of the steam reforming catalyst include ruthenium-based and nickel-based catalysts, and examples of the autothermal reforming catalyst include rhodium-based catalysts. Examples of reforming catalysts that can promote combustion include platinum-based and rhodium-based catalysts.

〔改質器の運転条件〕
以下、水蒸気改質、自己熱改質、部分酸化改質のそれぞれにつき、改質器における定格運転時および停止運転時の条件について説明する。
[Reformer operating conditions]
Hereinafter, the conditions during rated operation and stop operation in the reformer will be described for each of steam reforming, autothermal reforming, and partial oxidation reforming.

水蒸気改質では、灯油等の改質原料にスチームが添加される。水蒸気改質の反応温度は例えば400℃〜1000℃、好ましくは500℃〜850℃、さらに好ましくは550℃〜800℃の範囲で行うことができる。反応系に導入するスチームの量は、炭化水素系燃料に含まれる炭素原子モル数に対する水分子モル数の比(スチーム/カーボン比)として定義され、この値は好ましくは1〜10、より好ましくは1.5〜7、さらに好ましくは2〜5とされる。炭化水素系燃料が液体の場合、この時の空間速度(LHSV)は炭化水素系燃料の液体状態での流速をA(L/h)、触媒層体積をB(L)とした場合A/Bで表すことができ、この値は好ましくは0.05〜20h-1、より好ましくは0.1〜10h-1、さらに好ましくは0.2〜5h-1の範囲で設定される。 In steam reforming, steam is added to reforming raw materials such as kerosene. The reaction temperature of the steam reforming can be performed, for example, in the range of 400 ° C to 1000 ° C, preferably 500 ° C to 850 ° C, more preferably 550 ° C to 800 ° C. The amount of steam introduced into the reaction system is defined as the ratio of the number of moles of water molecules to the number of moles of carbon atoms contained in the hydrocarbon fuel (steam / carbon ratio), and this value is preferably 1 to 10, more preferably 1.5-7, more preferably 2-5. When the hydrocarbon fuel is liquid, the space velocity (LHSV) at this time is A / B when the flow rate in the liquid state of the hydrocarbon fuel is A (L / h) and the catalyst layer volume is B (L). This value is preferably set in the range of 0.05 to 20 h −1 , more preferably 0.1 to 10 h −1 , and still more preferably 0.2 to 5 h −1 .

自己熱改質ではスチームの他に酸素含有ガスが改質原料に添加される。酸素含有ガスとしては純酸素でも良いが入手容易性から空気が好ましい。水蒸気改質反応に伴う吸熱反応をバランスし、かつ、改質触媒層やSOFCの温度を保持もしくはこれらを昇温できる発熱量が得られるように酸素含有ガスを添加することができる。酸素含有ガスの添加量は、炭化水素系燃料に含まれる炭素原子モル数に対する酸素分子モル数の比(酸素/カーボン比)として好ましくは0.005〜1、より好ましくは0.01〜0.75、さらに好ましくは0.02〜0.6とされる。自己熱改質反応の反応温度は例えば400℃〜1000℃、好ましくは450℃〜850℃、さらに好ましくは500℃〜800℃の範囲で設定される。炭化水素系燃料が液体の場合、この時の空間速度(LHSV)は、好ましくは0.05〜20、より好ましくは0.1〜10、さらに好ましくは0.2〜5の範囲で選ばれる。反応系に導入するスチームの量は、スチーム/カーボン比として好ましくは1〜10、より好ましくは1.5〜7、さらに好ましくは2〜5とされる。   In autothermal reforming, an oxygen-containing gas is added to the reforming raw material in addition to steam. The oxygen-containing gas may be pure oxygen, but air is preferred because of its availability. An oxygen-containing gas can be added so that the endothermic reaction accompanying the steam reforming reaction is balanced, and a heat generation amount capable of maintaining the temperature of the reforming catalyst layer and SOFC or raising the temperature thereof can be obtained. The addition amount of the oxygen-containing gas is preferably 0.005 to 1, more preferably 0.01 to 0.00 as the ratio of the number of moles of oxygen molecules to the number of moles of carbon atoms contained in the hydrocarbon fuel (oxygen / carbon ratio). 75, more preferably 0.02 to 0.6. The reaction temperature of the autothermal reforming reaction is set, for example, in the range of 400 ° C to 1000 ° C, preferably 450 ° C to 850 ° C, more preferably 500 ° C to 800 ° C. When the hydrocarbon fuel is liquid, the space velocity (LHSV) at this time is preferably selected in the range of 0.05 to 20, more preferably 0.1 to 10, and further preferably 0.2 to 5. The amount of steam introduced into the reaction system is preferably 1 to 10, more preferably 1.5 to 7, and still more preferably 2 to 5 as a steam / carbon ratio.

部分酸化改質では酸素含有ガスが改質原料に添加される。酸素含有ガスとしては純酸素でも良いが入手容易性から空気が好ましい。反応を進めるための温度を確保するため、熱のロス等において適宜添加量は決定される。その量は、炭化水素系燃料に含まれる炭素原子モル数に対する酸素分子モル数の比(酸素/カーボン比)として好ましくは0.1〜3、より好ましくは0.2〜0.7とされる。部分酸化反応の反応温度は、例えば450℃〜1000℃、好ましくは500℃〜850℃、さらに好ましくは550℃〜800℃の範囲で設定することができる。炭化水素系燃料が液体の場合、この時の空間速度(LHSV)は、好ましくは0.1〜30の範囲で選ばれる。反応系においてすすの発生を抑制するためにスチームを導入することができ、その量は、スチーム/カーボン比として好ましくは0.1〜5、より好ましくは0.1〜3、さらに好ましくは1〜2とされる。   In partial oxidation reforming, an oxygen-containing gas is added to the reforming raw material. The oxygen-containing gas may be pure oxygen, but air is preferred because of its availability. In order to secure a temperature for proceeding the reaction, the amount added is appropriately determined in terms of heat loss and the like. The amount is preferably 0.1 to 3, more preferably 0.2 to 0.7 as the ratio of the number of moles of oxygen molecules to the number of moles of carbon atoms contained in the hydrocarbon fuel (oxygen / carbon ratio). . The reaction temperature of the partial oxidation reaction can be set, for example, in the range of 450 ° C to 1000 ° C, preferably 500 ° C to 850 ° C, and more preferably 550 ° C to 800 ° C. When the hydrocarbon fuel is a liquid, the space velocity (LHSV) at this time is preferably selected in the range of 0.1-30. Steam can be introduced to suppress the generation of soot in the reaction system, and the amount thereof is preferably 0.1 to 5, more preferably 0.1 to 3, more preferably 1 to 1, as a steam / carbon ratio. 2.

〔他の機器〕
高温型燃料電池システムの公知の構成要素は、必要に応じて適宜設けることができる。具体例を挙げれば、液体を気化させる気化器、各種流体を加圧するためのポンプ、圧縮機、ブロワなどの昇圧手段、流体の流量を調節するため、あるいは流体の流れを遮断/切り替えるためのバルブ等の流量調節手段や流路遮断/切り替え手段、熱交換・熱回収を行うための熱交換器、気体を凝縮する凝縮器、スチームなどで各種機器を外熱する加熱/保温手段、炭化水素系燃料(改質原料)や燃焼用燃料の貯蔵手段、計装用の空気や電気系統、制御用の信号系統、制御装置、出力用や動力用の電気系統、燃料中の硫黄分濃度を低減する脱硫器などである。
[Other equipment]
Known components of the high-temperature fuel cell system can be appropriately provided as necessary. Specific examples include a vaporizer for vaporizing liquid, a pump for pressurizing various fluids, a pressure increasing means such as a compressor and a blower, a valve for adjusting the flow rate of the fluid, or for blocking / switching the flow of the fluid. Such as flow rate control means, flow path blocking / switching means, heat exchanger for heat exchange / recovery, condenser for condensing gas, heating / heat-retaining means for externally heating various devices with steam, etc., hydrocarbon system Fuel (reforming raw materials) and combustion fuel storage means, instrumentation air and electrical systems, control signal systems, control devices, output and power electrical systems, desulfurization to reduce the concentration of sulfur in the fuel Such as a vessel.

本発明は、例えば定置用もしくは移動体用の発電装置やコージェネレーションシステムに利用される高温型燃料電池システムに適用できる。   The present invention can be applied to, for example, a high-temperature fuel cell system used in a stationary or moving power generator or a cogeneration system.

本発明を適用することのできる間接内部改質型SOFCシステムの概要を示す模式図であって、通常時の状態を説明するための図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of the indirect internal reforming type | mold SOFC system which can apply this invention, Comprising: It is a figure for demonstrating the state at the time of normal. 本発明を適用することのできる間接内部改質型SOFCシステムの概要を示す模式図であって、緊急停止時の状態を説明するための図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of the indirect internal reforming type | mold SOFC system which can apply this invention, Comprising: It is a figure for demonstrating the state at the time of an emergency stop.

符号の説明Explanation of symbols

1 通常時用水気化器
2 改質器
2a 改質触媒層
3 SOFC
4 燃焼領域
5 筐体
6 イグナイター
7 緊急停止時用水タンク
8 緊急停止時用水気化器
8a 蓄熱材
11 バルブ(緊急停止時閉)
12 バルブ(緊急停止時閉)
13 バルブ(緊急停止時開)
1 Water vaporizer for normal use 2 Reformer 2a Reforming catalyst layer 3 SOFC
4 Combustion area 5 Housing 6 Igniter 7 Water tank for emergency stop 8 Water vaporizer for emergency stop 8a Heat storage material 11 Valve (closed at emergency stop)
12 Valve (closed at emergency stop)
13 Valve (open at emergency stop)

Claims (12)

炭化水素系燃料を改質して改質ガスを製造する改質器と、該改質ガスを用いて発電を行う高温型燃料電池とを有する高温型燃料電池システムの緊急停止方法であって、
緊急停止時用水供給設備から供給した水を気化させ、得られたスチームを改質器および高温型燃料電池のアノード室に供給して、改質器および高温型燃料電池のアノード室の内部をスチームでパージする工程
を有し、
緊急停止時用水供給設備から供給する水の量を、改質器から、高温型燃料電池システムから排ガスが排出される排気口まで、の空間をパージできる最小限の量とする
高温型燃料電池システムの緊急停止方法。
An emergency stop method for a high-temperature fuel cell system comprising a reformer that reforms a hydrocarbon fuel to produce a reformed gas, and a high-temperature fuel cell that generates power using the reformed gas,
The water supplied from the emergency stop water supply facility is vaporized, and the resulting steam is supplied to the reformer and the anode chamber of the high-temperature fuel cell, and the interior of the reformer and the anode chamber of the high-temperature fuel cell is steamed. have a in purging process,
The amount of water supplied from the emergency stop water supply facility is the minimum amount that can purge the space from the reformer to the exhaust port from which the exhaust gas is discharged from the high-temperature fuel cell system. Method for emergency stop of fuel cell system
前記緊急停止時用水供給設備から供給した水を気化させるために、高温型燃料電池からの熱輻射を受ける位置に配置された気化器を用いる請求項1記載の方法。The method according to claim 1, wherein a vaporizer disposed at a position to receive heat radiation from the high-temperature fuel cell is used to vaporize water supplied from the emergency stop water supply facility. 前記緊急停止時用水供給設備が、加圧状態の水を収容した容器と、緊急停止時に開通する弁とを有する請求項1または2記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the emergency stop water supply facility has a container containing pressurized water and a valve opened during an emergency stop. 前記緊急停止時用水供給設備から供給した水を気化させるために、蓄熱材を備える気化器を用いる請求項1から3の何れか一項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein a vaporizer including a heat storage material is used to vaporize water supplied from the emergency stop water supply facility. 前記高温型燃料電池システムが、前記緊急停止時用水供給設備とは別に、通常時用水供給設備を有する請求項1からの何れか一項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the high-temperature fuel cell system includes a normal-time water supply facility separately from the emergency-stop water supply facility. 前記改質器が、水蒸気改質反応を促進可能な改質触媒を備える請求項1からの何れか一項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the reformer includes a reforming catalyst capable of promoting a steam reforming reaction. 炭化水素系燃料を改質して改質ガスを製造する改質器と、該改質ガスを用いて発電を行う高温型燃料電池とを有する高温型燃料電池システムであって、
緊急停止時用水供給設備と、
該緊急停止時用水供給設備から供給した水を気化させる気化器と、
該気化器から得られたスチームを改質器および高温型燃料電池のアノード室に供給するラインと
をさらに有し、
緊急停止時用水供給設備に、改質器から、高温型燃料電池システムから排ガスが排出される排気口まで、の空間をパージできる最小限の量の水が収容される
高温型燃料電池システム。
A high-temperature fuel cell system comprising a reformer that reforms a hydrocarbon-based fuel to produce a reformed gas, and a high-temperature fuel cell that generates electric power using the reformed gas,
Water supply equipment for emergency stop,
A vaporizer for vaporizing water supplied from the emergency stop water supply facility;
The steam obtained from the vaporizer to further chromatic and supplying line reformer and the anode chamber of the high temperature fuel cell,
The water supply facility for emergency stop contains the minimum amount of water that can purge the space from the reformer to the exhaust outlet from which the exhaust gas is discharged from the high-temperature fuel cell system. Battery system.
前記気化器が、高温型燃料電池からの熱輻射を受ける位置に配置されたThe vaporizer is disposed at a position to receive heat radiation from the high temperature fuel cell.
請求項7記載の高温型燃料電池システム。The high temperature fuel cell system according to claim 7.
前記緊急停止時用水供給設備が、加圧状態の水を収容可能な容器と、緊急停止時に開通する弁とを有する請求項7または8記載の高温型燃料電池システム。 9. The high-temperature fuel cell system according to claim 7, wherein the emergency stop water supply facility includes a container capable of storing pressurized water and a valve opened during an emergency stop. 前記気化器が蓄熱材を備える請求項7から9の何れか一項記載の高温型燃料電池システム。 The high temperature fuel cell system according to any one of claims 7 to 9, wherein the vaporizer includes a heat storage material. 前記高温型燃料電池システムが、前記緊急停止時用水供給設備とは別に、通常時用水供給設備を有する請求項7から10の何れか一項記載の高温型燃料電池システム。 The high temperature fuel cell system according to any one of claims 7 to 10 , wherein the high temperature fuel cell system has a normal water supply facility separately from the emergency stop water supply facility. 前記改質器が、水蒸気改質反応を促進可能な改質触媒を備える請求項7から11の何れか一項記載の高温型燃料電池システム。 The high temperature fuel cell system according to any one of claims 7 to 11 , wherein the reformer includes a reforming catalyst capable of promoting a steam reforming reaction.
JP2008065846A 2008-03-14 2008-03-14 High-temperature fuel cell system and operation method thereof Expired - Fee Related JP5269447B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008065846A JP5269447B2 (en) 2008-03-14 2008-03-14 High-temperature fuel cell system and operation method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008065846A JP5269447B2 (en) 2008-03-14 2008-03-14 High-temperature fuel cell system and operation method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009224115A JP2009224115A (en) 2009-10-01
JP5269447B2 true JP5269447B2 (en) 2013-08-21

Family

ID=41240689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008065846A Expired - Fee Related JP5269447B2 (en) 2008-03-14 2008-03-14 High-temperature fuel cell system and operation method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5269447B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106063011A (en) * 2014-02-28 2016-10-26 浦项工科大学校产学协力团 Stack protection method in case of emergency shut down or black out in solid oxide fuel cell system

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101919097B (en) 2008-11-20 2014-04-09 松下电器产业株式会社 Fuel cell system
CN101918306B (en) 2008-11-20 2012-11-07 松下电器产业株式会社 Hydrogen generation device and fuel battery system having same
CN103972555A (en) * 2008-11-20 2014-08-06 松下电器产业株式会社 Hydrogen generator and fuel cell system comprising the same
JP5725846B2 (en) * 2010-12-24 2015-05-27 京セラ株式会社 High-temperature operating fuel cell system
JP6108073B2 (en) * 2012-03-23 2017-04-05 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell
JP6248376B2 (en) * 2012-06-19 2017-12-20 日産自動車株式会社 Solid oxide fuel cell system
JP6012485B2 (en) * 2013-01-18 2016-10-25 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Fuel cell system
JP5940470B2 (en) * 2013-02-22 2016-06-29 三菱日立パワーシステムズ株式会社 FUEL CELL MODULE AND FUEL CELL SYSTEM INCLUDING THE SAME
JP6684020B2 (en) * 2015-04-07 2020-04-22 大阪瓦斯株式会社 Solid oxide fuel cell system
AT518956B1 (en) * 2016-08-02 2019-04-15 Avl List Gmbh METHOD FOR HITCHING A GENERATOR UNIT WITH A FUEL CELL DEVICE
JP2017183288A (en) * 2017-05-31 2017-10-05 三浦工業株式会社 Fuel cell system
KR101993914B1 (en) * 2018-06-29 2019-06-27 엄환섭 Power generator and power generation method using fuel cell

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4021757B2 (en) * 2002-12-19 2007-12-12 リンナイ株式会社 Fuel cell power generation system and its operation stop method
JP2005063883A (en) * 2003-08-19 2005-03-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system
JP4751577B2 (en) * 2004-03-24 2011-08-17 東京瓦斯株式会社 Power generation system
JP5264040B2 (en) * 2004-08-27 2013-08-14 東京瓦斯株式会社 Fuel cell system
JP2007194098A (en) * 2006-01-20 2007-08-02 Fuji Electric Holdings Co Ltd Fuel cell power generation system
JP5241157B2 (en) * 2007-07-10 2013-07-17 東京瓦斯株式会社 High-temperature operating fuel cell system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106063011A (en) * 2014-02-28 2016-10-26 浦项工科大学校产学协力团 Stack protection method in case of emergency shut down or black out in solid oxide fuel cell system
KR101738211B1 (en) * 2014-02-28 2017-05-23 포항공과대학교 산학협력단 Protection method of stack upon emergency shut down or black out in the solid oxide fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009224115A (en) 2009-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5269447B2 (en) High-temperature fuel cell system and operation method thereof
JP5164441B2 (en) Starting method of fuel cell system
CN101953010B (en) Indirect internally reforming solid oxide fuel cell and a method of stopping same
CN101485027B (en) Indirect Internal Reforming Solid Oxide Fuel Cell System
JP5078696B2 (en) Load following operation method of fuel cell system
WO2009131010A1 (en) Method for operating indirect internal reforming solid oxide fuel cell system
JP2008287959A (en) Indirect internal reforming type high temperature fuel cell
JP5325666B2 (en) Method for stopping indirect internal reforming solid oxide fuel cell
JP5078698B2 (en) Load following operation method of fuel cell system
JP2009059658A (en) Indirect internal reforming type solid oxide fuel cell
JP5078697B2 (en) Load following operation method of fuel cell system
JP5291915B2 (en) Indirect internal reforming type solid oxide fuel cell and operation method thereof
JP2008217999A (en) Operation method of high temperature fuel cell system
JP2009059657A (en) Indirect internal reforming type solid oxide fuel cell
JP5197944B2 (en) Indirect internal reforming solid oxide fuel cell system
JP5307592B2 (en) Operation method of indirect internal reforming type solid oxide fuel cell system
JP2008186759A (en) Indirect internal reforming solid oxide fuel cell system and indirect internal reforming solid oxide fuel cell operating method
JP5463006B2 (en) Operation method of solid oxide fuel cell system
JP5433323B2 (en) Load following operation method of fuel cell system
JP2010225284A (en) Operation method of indirect internal reforming type solid oxide fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20100514

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100519

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20100514

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120817

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120828

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121025

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: 20130423

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130508

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees