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技術 燃料電池発電システム

出願人 荏原バラード株式会社
発明者 鈴木隆清水進稲垣信
出願日 2002年1月24日 (18年11ヶ月経過) 出願番号 2002-015353
公開日 2003年7月31日 (17年4ヶ月経過) 公開番号 2003-217640
状態 拒絶査定
技術分野 燃料電池(本体) 燃料電池(システム)
主要キーワード 脈動防止装置 脈動防止 流量検知器 ルーツブロワ 流量制御信号 圧力検知器 往復動式 昇圧装置
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この項目の情報は公開日時点(2003年7月31日)のものです。
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図面 (3)

課題

単純な構成でありながら供給されるガス圧力脈動を抑えることができ、ひいてはガス流量検知の精度を向上できる燃料電池発電システムを提供する。

解決手段

原料ガス改質して作る燃料ガス酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電する燃料電池本体17と、前記原料ガスを昇圧する昇圧装置15と、所定の容量を有する脱硫装置であって、前記原料ガス中硫黄分を除去する脱硫装置16と、前記原料ガスの流量を検知するガス流量検知器23b、24bとを備え、脱硫装置16は、昇圧装置15の吐出側に配置される燃料電池発電システム。所定の容量を有する脱硫装置を備えるので、脱硫装置の容量の容積効果により、ガス昇圧装置の吐出側の圧力脈動を抑制できる。したがって、別途脈動防止装置を設ける必要がない。

概要

背景

従来から図2のフローチャートに示すように、改質用ガス及び燃焼用ガスがそれぞれガス昇圧装置により昇圧して供給される固体高分子電解質型燃料電池発電システムがあった。図中低圧ガス元弁53を通して供給された低圧ガスは、脱硫器56を介して改質用原料ガス圧縮機55−1、55−2に供給される。固体高分子電解質型燃料電池発電システムでは、硫黄分は燃料電池及び改質器に含まれる触媒の機能に悪影響を与えるので、脱硫器56が設けられる。

ガス圧縮機55−1、55−2により昇圧されたガスは、ガス流量制御装置73−1、73−2により流量制御されて、改質器本体51、バーナ52に供給される。ガス流量制御装置73−1、73−2は、ガス流量検知器により検知された流量に基きコントローラにより制御信号発信し、この従来のシステムでは、ガス流量制御装置73−1、73−2に含まれる調節弁により流量を適正な値に制御していた。

なお、低圧ガスの供給圧力は低圧ガス圧力検知器71で検知され、ガス圧縮機55−1、55−2の吐出圧は、それぞれ吐出圧力検知器72−1、72−2で検知される。また低圧ガス供給ラインには緊急遮断弁54が備えられている。改質器本体51で改質して得られた水素を主成分とする燃料ガスは、燃料電池57に供給され、酸化剤としての空気中の酸素電気化学的反応を起こすことにより発電が行われる。

このような装置では、ガス圧力脈動があるとガス流量検知器の検知精度に悪影響を及ぼすため、各ガス圧縮機55−1、55−2とガス流量検知器との間に、それぞれ脈動防止機構58−1、58−2が設けられている。

概要

単純な構成でありながら供給されるガスの圧力脈動を抑えることができ、ひいてはガス流量検知の精度を向上できる燃料電池発電システムを提供する。

原料ガスを改質して作る燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電する燃料電池本体17と、前記原料ガスを昇圧する昇圧装置15と、所定の容量を有する脱硫装置であって、前記原料ガス中の硫黄分を除去する脱硫装置16と、前記原料ガスの流量を検知するガス流量検知器23b、24bとを備え、脱硫装置16は、昇圧装置15の吐出側に配置される燃料電池発電システム。所定の容量を有する脱硫装置を備えるので、脱硫装置の容量の容積効果により、ガス昇圧装置の吐出側の圧力脈動を抑制できる。したがって、別途脈動防止装置を設ける必要がない。

目的

そこで本発明は、単純な構成でありながら供給されるガスの圧力脈動を抑えることができ、ひいてはガス流量検知の精度を向上できる燃料電池発電システムを提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
3件

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請求項1

原料ガス改質して作る燃料ガス酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電する燃料電池本体と;前記原料ガスを昇圧する昇圧装置と;所定の容量を有する脱硫装置であって、前記原料ガス中硫黄分を除去する脱硫装置と;前記原料ガスの流量を検知するガス流量検知器とを備え;前記脱硫装置は、前記昇圧装置の吐出側に配置された;燃料電池発電システム

請求項2

前記ガス流量検知器を含むガス流量制御装置を備え;前記脱硫装置は、前記昇圧装置と前記ガス流量制御装置との間に配置された;請求項1に記載の燃料電池発電システム。

請求項3

前記原料ガスを、燃料ガスを製造する改質装置に導く第1のガス流路と;前記原料ガスを、燃焼用ガスとして前記改質装置に導く第2のガス流路とを備え;前記昇圧装置の吐出口は、前記第1のガス流路と第2のガス流路とに分岐して接続されている;請求項1または請求項2に記載の燃料電池発電システム。

技術分野

0001

本発明は、燃料電池発電システムに関し、特にガス昇圧装置を有する燃料電池発電システムに関するものである。

背景技術

0002

従来から図2フローチャートに示すように、改質用ガス及び燃焼用ガスがそれぞれガス昇圧装置により昇圧して供給される固体高分子電解質型燃料電池発電システムがあった。図中低圧ガス元弁53を通して供給された低圧ガスは、脱硫器56を介して改質用原料ガス圧縮機55−1、55−2に供給される。固体高分子電解質型燃料電池発電システムでは、硫黄分は燃料電池及び改質器に含まれる触媒の機能に悪影響を与えるので、脱硫器56が設けられる。

0003

ガス圧縮機55−1、55−2により昇圧されたガスは、ガス流量制御装置73−1、73−2により流量制御されて、改質器本体51、バーナ52に供給される。ガス流量制御装置73−1、73−2は、ガス流量検知器により検知された流量に基きコントローラにより制御信号発信し、この従来のシステムでは、ガス流量制御装置73−1、73−2に含まれる調節弁により流量を適正な値に制御していた。

0004

なお、低圧ガスの供給圧力は低圧ガス圧力検知器71で検知され、ガス圧縮機55−1、55−2の吐出圧は、それぞれ吐出圧力検知器72−1、72−2で検知される。また低圧ガス供給ラインには緊急遮断弁54が備えられている。改質器本体51で改質して得られた水素を主成分とする燃料ガスは、燃料電池57に供給され、酸化剤としての空気中の酸素電気化学的反応を起こすことにより発電が行われる。

0005

このような装置では、ガス圧力脈動があるとガス流量検知器の検知精度に悪影響を及ぼすため、各ガス圧縮機55−1、55−2とガス流量検知器との間に、それぞれ脈動防止機構58−1、58−2が設けられている。

発明が解決しようとする課題

0006

しかしこのような従来の燃料電池発電システムでは、脈動防止機構58−1、58−2が改質用原料ガス供給ライン燃料用ガス供給ラインとに、それぞれ設けられ装置が複雑になっていた。

0007

そこで本発明は、単純な構成でありながら供給されるガスの圧力脈動を抑えることができ、ひいてはガス流量検知の精度を向上できる燃料電池発電システムを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0008

上記目的を達成するために、請求項1に係る発明による燃料電池発電システムは、例えば図1に示すように、原料ガスを改質して作る燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電する燃料電池本体17と;前記原料ガスを昇圧する昇圧装置15と;所定の容量を有する脱硫装置であって、前記原料ガス中の硫黄分を除去する脱硫装置16と;前記原料ガスの流量を検知するガス流量検知器23b、24bとを備え;脱硫装置16は、昇圧装置15の吐出側に配置される。特に脱硫装置16は、昇圧装置15とガス流量検知器23b、24bとの間に配置されるのがよい。

0009

このように構成すると、昇圧装置の吐出側に配置された所定の容量を有する脱硫装置を備えるので、脱硫装置の容量の容積効果により、ガス昇圧装置の吐出側の圧力脈動を抑制できる。したがって、別途脈動防止装置を設ける必要がない。

0010

また請求項2に記載のように、請求項1に記載の燃料電池発電システムでは、ガス流量検知器23b、24bを含むガス流量制御装置23、24を備え;脱硫装置16は、昇圧装置15とガス流量制御装置23、24との間に配置されるようにしてもよい。

0011

このように構成すると、脱硫装置は、昇圧装置とガス流量制御装置との間に配置されるので、脱硫装置の容積効果により昇圧装置の吐出圧の脈動による制御の不安定を抑制することができる。

0012

また請求項3に記載のように、請求項1または請求項2に記載の燃料電池発電システムでは、前記原料ガスを、燃料ガスを製造する改質装置10に導く第1のガス流路32と;前記原料ガスを、燃焼用ガスとして改質装置10に導く第2のガス流路33とを備え;昇圧装置15の吐出口は、第1のガス流路32と第2のガス流路33とに分岐して接続されていてもよい。

0013

典型的には、脱硫装置16は、前記分岐する前のガス供給ライン31に1個だけ設置されている。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号または類似記号を付し、重複した説明は省略する。

0015

図1のフローチャートは、本発明の実施の形態である燃料電池発電システムにおけるガスの流れを説明する図である。図中、改質装置としての改質器10は改質触媒収納した改質器本体11と該本体に取り付けられたバーナ12とを含んで構成されている。バーナ12による熱を利用して、改質器本体11で改質用原料ガスを改質し、固体高分子電解質型燃料電池17に供給する水素を主成分とする燃料ガスを発生する。燃料電池17では、供給された燃料ガスと不図示のラインから供給される酸化剤としての空気中の酸素とで電気化学的反応を起こして発電する。以下、改質器10の改質器本体11及びバーナ12に供給されるガスの供給システムを説明する。

0016

図中ガス供給ライン31には、低圧ガス元弁13が設けられており、この弁を通して低圧ガスとして典型的には都市ガスメタンガスを主成分とする天然ガス)が供給される。ガス供給ライン31の低圧ガス元弁13の下流側には、供給される低圧ガスの供給圧力を計測する低圧ガス圧力検知器21が設けられている。さらに下流側には、緊急遮断弁14が設けられている。緊急遮断弁14は、改質器本体11あるいは燃料電池17に緊急事態が発生したときに低圧ガスの供給を遮断したり、燃料電池発電システム停止時及びその異常発生時などに低圧ガスの供給を遮断する目的で用いられる。

0017

ガス供給ライン31の緊急遮断弁14の下流側には、昇圧装置としてのガスブロワ15、脱硫器16、吐出圧力検知器22がこの順番で設けられている。ガスブロワ15は、低圧ガスの圧力を供給圧力約1〜2.5kPa程度から吐出圧力約30〜100kPa程度まで昇圧する。ガスブロワ15としては、往復動式ブロワが用いられ、圧力が脈動するのを避けられない。ガスブロワ15としては、その他にルーツブロワスクロールブロワなどの回転式圧縮機スクリューブロワなどを用いてもよいが、この場合も、ある程度の圧力脈動は避けられない。

0018

脱硫器16は鋼鉄製、特にステンレス鋼製の円筒状容器であり、内部に脱硫触媒が収納されている。容器樹脂製としてもよい。脱硫触媒は、例えばゼオライト系脱硫触媒である。前記容器の容量から脱硫触媒の体積を差し引いたものが、本発明の所定の容量である。所定の容量は、ガス流量、ガス圧力とガス供給ライン31及び後で説明するガス流量制御装置23、24の上流側のガス供給ライン32、33の内容積等により適正な値が定まる。要はガスブロワ15の吐出側圧力の脈動が流量検知器での流量検知精度に悪影響を与えないような範囲の脈動となるような容量とすればよい。脱硫器16は、所定の容量による容積効果により、ガスブロワ15の吐出側の圧力の脈動を抑制できる。所定の容量は、実験的に求めてもよい。またシステムとして必要な脱硫触媒の量が定まり、その量を収納する容器内容積を定め、その内容積と触媒量から定まる気体部分の容量が、圧力脈動が流量検知器での流量検知精度に悪影響を与えないような値であれば、その容量とすればよい。

0019

ガス供給ライン31は、脱硫器16の下流側で、改質用原料ガス供給用ライン32と燃焼用ガス供給ライン33とに分岐する。改質用原料ガス供給用ライン32は、燃料改質装置本体11に接続され、燃焼用ガス供給ライン33は、バーナ12に接続されている。

0020

改質用原料ガス供給用ライン32には、改質用原料ガス流量制御装置23が設けられている。改質用原料ガス流量制御装置23は、調節弁23a、改質用原料ガスの流量を検知する流量検知器23b、流量検知器23bからの検知信号を受信して調節弁23aに流量制御信号を送信する調節器23cを含んで構成されている。

0021

同様に、燃焼用ガス供給ライン33には、燃焼用ガス流量制御装置24が設けられている。燃焼用ガス流量制御装置24は、調節弁24a、燃焼用ガスの流量を検知する流量検知器24b、流量検知器24bからの検知信号を受信して調節弁24aに流量制御信号を送信する調節器24cを含んで構成されている。

0022

改質用原料ガスは、改質用原料ガス流量制御装置23で制御されて燃料改質装置本体11に供給され、燃焼用ガスは、燃焼用ガス流量制御装置24で制御されバーナ12に供給される。

0023

本実施の形態によれば、ガスブロワ15は改質用原料ガスと燃焼用ガスとに共通に用いられるので、従来技術のようなガスブロワを別々に備えた場合と比べて、装置が単純となる。また、所定の容量を有する脱硫器16がガスブロワ15の吐出側即ち下流側に配置されているので、脈動防止機能を有することとなり、従来技術と違って、別途脈動防止機構58−1、58−2を設ける必要がない。したがって装置が単純となる。本実施の形態では、1個の脱硫装置16が、ガスラインとして分岐する前のガス供給ライン31に配置されている。このようにすると脈動防止機構として機能する脱硫器が1個で済むので、装置が単純となる。

0024

またガス流量制御装置23、24を備え、ガス流量検知器23b、24bは、それぞれガス流量制御装置23、24の一部を構成している。そして脱硫装置16は、昇圧装置15とガス流量制御装置23、24との間に配置されている。したがって、ガス流量制御装置23、24は、脱硫装置16で脈動が抑制された後の流量を検知して流量を制御するので、正確で安定した制御が可能となる。またガス流量検知器23b、24bの流量検知精度が高い。

発明の効果

0025

以上のように本発明によれば、昇圧装置の吐出側に所定の容量を有する脱硫装置を備えるので、脱硫装置の容量の容積効果により、ガス昇圧装置の吐出側の圧力脈動を抑制でき、別途脈動防止装置を設ける必要がなく、単純な構造の燃料電池発電システムを提供することが可能となる。

図面の簡単な説明

0026

図1本発明の実施の形態である燃料電池発電システムのフローチャートである。
図2従来技術による燃料電池発電システムのフローチャートである。

--

0027

10燃料改質装置
11 燃料改質装置本体
12バーナ
13 元弁
14緊急遮断弁
15ガスブロワ
16脱硫器
17燃料電池
21低圧ガス圧力検知器
22吐出圧力検知器
23改質用原料ガス流量制御装置
24燃焼用ガス流量制御装置
23a、24a調節弁
23b、24b流量検知器
23c、24c 調節器

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