燃料电池系统及其负载跟踪运行方法技术方案

本发明专利技术提供一种可以实现可靠的转化、防止流路堵塞、阳极劣化的燃料电池系统负载跟踪运行方法。预先求出电池输出Ｐ和为了输出Ｐ而需要的烃系燃料流量Ｆ的函数Ｆ＝ｆ（Ｐ）及Ｐ＝ｆ－１（Ｆ），根据转化催化剂层的测定温度算出可转化燃料流量ＦＲ，如果ＦＲ＜Ｆｍｉｎ（燃料流量的最小值），则停止发电，在ＦＲ≥Ｆｍｉｎ的情况下，如果输出要求值ＰＤ为电池最大输出ＰＭ以下，则进行下面的１，如果ＰＤ＞ＰＭ，则进行下面的２。１）如果ｆ（ＰＤ）≤ＦＲ，则将电池输出设为ＰＤ，将供给燃料流量设为ｆ（ＰＤ），如果ｆ（ＰＤ）＞ＦＲ，则将电池输出设为由Ｐ＝ｆ－１（ＦＲ）计算出的Ｐ当中的小于ＰＤ且最大的值，将供给燃料流量设为ＦＲ。２）如果ｆ（ＰＭ）≤ＦＲ，则将电池输出设为ＰＭ，将供给燃料流量设为ｆ（ＰＭ），如果ｆ（ＰＭ）＞ＦＲ，则将电池输出设为由Ｐ＝ｆ－１（ＦＲ）计算出的Ｐ当中的最大值，将供给燃料流量设为ＦＲ。本发明专利技术还提供适于该方法的燃料电池系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种使用将煤油等烃系燃料转化而得的转化气体来进行发电的燃料 电池系统。
技术介绍
在固体氧化物电解质型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell。以下根据情况也称 作S0FC。)系统中，通常来说包含用于将煤油或城市煤气等烃系燃料转化而产生含氢气体 (转化气体)的转化器、和用于使转化气体与空气电化学地发电反应的S0FC。SOFC通常来说在550 1000°C的高温下作动。在转化中可以利用水蒸气转化(SR)、局部氧化转化(POX)、自热转化(ATR)等各种 反应，然而为了使用转化催化剂，需要加热到显现出催化活性的温度。水蒸气转化是非常大的吸热反应，另外，反应温度比较高，为550 750°C，因而需 要高温的热源。由此，已知有在SOFC的附近设置转化器(内部转化器)而主要以来自SOFC 的辐射热作为热源将转化器加热的内部转化型SOFC(专利文献1)。另外，在专利文献2及3中，还提出过关于燃料电池系统的负载跟踪运行的方案。专利文献1 日本特开2004-319420号公报专利文献2 日本特开2001-185196号公报专利文献3 日本特开2006-32262号公报如果烃系燃料未被转化到规定的组成，而未转化部分被供给到S0FC，则特别是在 作为烃系燃料使用煤油等高级烃的情况下，还会有引起由碳析出造成的流路堵塞、阳极劣 化的情况。 SOFC系统有时进行负载跟踪运行。即，有时进行与所需电力的变动匹配地使SOFC 系统的发电量变化的运行。例如，在使发电量增加的情况下，就会有增加向SOFC系统的烃 系燃料的供给量的情况。此种情况下，也会有碳析出的可能性。所以，希望即使在负载跟踪 运行中也可以将烃系燃料可靠地转化。专利文献2及3中所公开的技术中，在进行可靠的 转化这一点上，都仍然有待改善。这并不限于S0FC，对于具有熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)等高温型燃料电池的 燃料电池系统也可以这么说。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种方法，其在对包括具有转化催化剂层的转化器和高 温型燃料电池的燃料电池系统进行负载跟踪运行时，可以更为可靠地进行转化，更为可靠 地防止流路堵塞、阳极劣化。本专利技术的另一个目的在于，提供一种适于实施此种方法的燃料电池系统。根据本专利技术，提供一种燃料电池系统的负载跟踪运行方法，是具有转化器和高温 型燃料电池的燃料电池系统的负载跟踪运行方法，上述转化器具有将烃系燃料转化而制造含有氢的转化气体的转化催化剂层，上述高温型燃料电池使用该转化气体进行发电，预先求出该燃料电池的电输出P和为了由燃料电池输出该电输出P而需要向转化 催化剂层供给的烃系燃料的流量F的函数F = f(P)及P = Γ1 (F)，其中，ρ = f1 (F)是F = f (P)的逆函数，在将该燃料电池的最大电输出表示为PM，将P处于0以上Pm以下的范围中时的由函数F = f⑵决定的烃系燃料的流量的 最小值表示为Fmin时，具有A)测定转化催化剂层的温度的工序；B)基于测定出的转化催化剂层的温度，算出作为能够在转化催化剂层中转化的烃 系燃料的流量的可转化流量Fk的工序；C)在算出的可转化流量Fk小于上述最小值Fmin的情况下，停止燃料电池的发电的 工序；以及D)在算出的可转化流量Fk为上述最小值Fmin以上的情况下，如果燃料电池输出要求值Pd为上述最大电输出Pm以下，则进行工序dl，如果燃料 电池输出要求值Pd超过上述最大电输出PM，则进行工序d2的工序，dl)使用上述函数F = f(P)，算出为了用燃料电池输出燃料电池输出要求值Pd而 需要向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量f (Pd)，如果f (Pd)为上述算出的可转化流量Fk以下，则将燃料电池的电输出设为PD，将向 转化催化剂层供给的烃系燃料的流量设为f(PD)，如果f(PD)超过上述算出的可转化流量Fk，则将燃料电池的电输出设为由ρ = F1(Fk)计算出的P的值当中小于Pd且最大的值，将向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量 设为Fk的工序，d2)使用上述函数F = f(P)，算出为了用燃料电池输出上述最大电输出Pm而需要 向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量f (Pm)，如果f (Pm)为上述算出的可转化流量Fk以下，则将燃料电池的电输出设为PM，将向 转化催化剂层供给的烃系燃料的流量设为f(PM)，如果f(PM)超过上述算出的可转化流量Fk，则将燃料电池的电输出设为由ρ = Γ1 (Fe)计算出的P的值当中最大的值，将向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量设为Fk的工序。在负载跟踪运行期间，可以反复进行上述工序A D。上述烃系燃料可以含有碳数为2以上的烃系燃料。上述转化气体中的碳数为2以上的化合物的浓度以质量基准计可以为50ppb以下。根据本专利技术，提供一种燃料电池系统，其具有转化器和高温型燃料电池，上述转化 器具有将烃系燃料转化而制造含有氢的转化气体的转化催化剂层，上述高温型燃料电池使 用该转化气体进行发电，在将该燃料电池的电输出P和为了用燃料电池输出该电输出P而需要向转化催化 剂层供给的烃系燃料的流量F的函数表示为F = f (P)，将F = f(P)的逆函数表示为P =将该燃料电池的最大电输出表示为PM，将P处于0以上Pm以下的范围中时的由函数F = f(P)决定的烃系燃料的流量的 最小值表示为Fmin时，具有I)测定转化催化剂层的温度的机构；II)基于测定出的转化催化剂层的温度，算出作为可以能够在转化催化剂层中转 化的烃系燃料的流量的可转化流量Fk的机构；III)在算出的可转化流量Fk小于上述最小值Fmin的情况下，停止燃料电池的发电 的机构；以及IV)在算出的可转化流量Fk为上述最小值Fmin以上的情况下，如果燃料电池输出要求值Pd为上述最大电输出Pm以下，则进行工序dl，如果燃料 电池输出要求值Pd超过上述最大电输出PM，则进行工序d2的机构，dl)使用上述函数F = f(P)，算出为了用燃料电池输出燃料电池输出要求值Pd而 需要向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量f (Pd)，如果f (Pd)为上述算出的可转化流量Fk以下，则将燃料电池的电输出设为PD，将向 转化催化剂层供给的烃系燃料的流量设为f(PD)，如果f(PD)超过上述算出的可转化流量Fk，则将燃料电池的电输出设为由P = F1(Fk)计算出的P的值当中小于Pd且最大的值，将向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量 设为Fk的工序，d2)使用上述函数F = f(P)，算出为了用燃料电池输出上述最大电输出Pm而需要 向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量f (Pm)，如果f (Pm)为上述算出的可转化流量Fk以下，则将燃料电池的电输出设为PM，将向 转化催化剂层供给的烃系燃料的流量设为f(PM)，如果f(PM)超过上述算出的可转化流量Fk，则将燃料电池的电输出设为由P = r1 (Fe)计算出的P的值当中最大的值，将向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量设为Fk的工序。根据本专利技术，可以提供一种方法，其在对具备具有转化催化剂层的转化器和高温 型燃料电池的燃料电池系统进行负载跟踪运行时，可以更为可靠地进行转化，更为可靠地 防止流路堵塞、阳极劣化。另外，根据本专利技术，可以提供一种适于实施此种方法的燃料电池系统。 附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统的负载跟踪运行方法，是包括具有转化催化剂层的转化器和高温型燃料电池的燃料电池系统的负载跟踪运行方法，所述转化器将烃系燃料转化而制造含有氢的转化气体，所述高温型燃料电池使用该转化气体进行发电，预先求出该燃料电池的电输出Ｐ和为了用燃料电池输出该电输出Ｐ而需要向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量Ｆ的函数Ｆ＝ｆ（Ｐ）及ｐ＝ｆ↑［－１］（Ｆ），其中，Ｐ＝ｆ↑［－１］（Ｆ）是Ｆ＝ｆ（Ｐ）的逆函数，在将该燃料电池的最大电输出表示为Ｐ↓［Ｍ］，将Ｐ处于０以上Ｐ↓［Ｍ］以下的范围中时的由函数Ｆ＝ｆ（Ｐ）决定的烃系燃料的流量的最小值表示为Ｆ↓［ｍｉｎ］时，具有：Ａ）测定转化催化剂层的温度的工序；Ｂ）基于测定出的转化催化剂层的温度，算出作为能够在转化催化剂层中转化的烃系燃料的流量的可转化流量Ｆ↓［Ｒ］的工序；Ｃ）在算出的可转化流量Ｆ↓［Ｒ］小于所述最小值Ｆ↓［ｍｉｎ］的情况下，停止燃料电池的发电的工序；以及Ｄ）在算出的可转化流量Ｆ↓［Ｒ］为所述最小值Ｆ↓［ｍｉｎ］以上的情况下，如果燃料电池输出要求值Ｐ↓［Ｄ］为所述最大电输出Ｐ↓［Ｍ］以下，则进行工序ｄ１，如果燃料电池输出要求值Ｐ↓［Ｄ］超过所述最大电输出Ｐ↓［Ｍ］，则进行工序ｄ２的工序，ｄ１）使用所述函数Ｆ＝ｆ（Ｐ），算出为了用燃料电池输出燃料电池输出要求值Ｐ↓［Ｄ］而需要向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量ｆ（Ｐ↓［Ｄ］），如果ｆ（Ｐ↓［Ｄ］）为所述算出的可转化流量Ｆ↓［Ｒ］以下，则将燃料电池的电输出设为Ｐ↓［Ｄ］，将向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量设为ｆ（Ｐ↓［Ｄ］），如果ｆ（Ｐ↓［Ｄ］）超过所述算出的可转化流量Ｆ↓［Ｒ］，则将燃料电池的电输出设为由ｐ＝ｆ↑［－１］（Ｆ↓［Ｒ］）计算出的Ｐ的值当中小于Ｐ↓［Ｄ］且最大的值，将向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量设为Ｆ↓［Ｒ］的工序，ｄ２）使用所述函数Ｆ＝ｆ（Ｐ），算出为了用燃料电池输出所述最大电输出Ｐ↓［Ｍ］而需要向转化催化剂层供给的向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量ｆ（Ｐ↓［Ｍ］），如果ｆ（Ｐ↓［Ｍ］）为所述算出的可转化流量Ｆ↓［Ｒ］以下，则将燃料电池的电输出设为Ｐ↓［Ｍ］，将向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量设为ｆ（Ｐ↓［Ｍ］），如果ｆ（Ｐ↓［Ｍ］）超过所述算出的可转化流量Ｆ↓［Ｒ］，则将燃料电池的电输出设为由ｐ＝ｆ↑［－１］（Ｆ↓［Ｒ］）计算出的Ｐ的值当中最大的值，将向转化催化剂层供给的烃系燃料的流量设为Ｆ↓［...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：旗田进，
申请(专利权)人：吉坤日矿日石能源株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]