JP2011171217A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭化水素化合物を含有する燃料ガスに水蒸気を加えて水素を含む改質ガスを生成する改質器1と、改質ガスが供給されるSOFC2と、SOFC2から排出されたオフガスを燃料の一部として吸引するエンジン3と、エンジン3から排出された排気ガスと改質器1及びSOFC2との間でそれぞれ熱交換を行って、改質器1及びSOFC2をそれぞれ加熱する第1及び第2排気ガス熱交換器5及び6と、排気ガス熱交換器5及び6で冷却された排気ガスから水を捕集する捕集手段7aとを備え、捕集手段7aによって捕集された水を改質器1で水蒸気として使用する。
【選択図】図1
Description
で捕集された水も改質用水として利用することができる。その結果、より多くの改質用水を自給することができる。
このように、共通の水タンクを設けることにより、第1捕集手段で捕集された水を溜める水タンクと、第2捕集手段で捕集された水を溜める水タンクとを別々に設けた場合よりも、燃料電池システムの構成を簡略化することができ、また、燃料電池システムの低コスト化を図ることができる。
燃料電池システムの運転中、改質器は、数百℃の高温に加熱されている。このため、捕集した水を改質器に供給すれば、水が蒸発して水蒸気となる。このように、改質器の熱を利用することにより、捕集した水を水蒸気にするための加熱手段を別途設けなくても、水蒸気を発生させることができる。その結果、捕集した加熱手段を別途設ける場合よりも、燃料電池システムの構成を簡略化することができ、また、燃料電池システムの低コスト化を図ることができる。
まず、図1を参照して、本発明の第1実施形態による燃料電池システムの構成について説明する。図1は、第1実施形態による燃料電池システムの基本構成を示す概略図である。
図1に、改質器1からSOFC2へ供給される改質ガスの経路を実線10bで示し、SOFC2へ供給される空気の経路を破線11aで示す。
図1に、SOFC2の燃料極2aからオフガス熱交換器4へ導かれるオフガスの経路を実線10cで示し、SOFC2の空気極2bからオフガス熱交換器4へ導かれるオフガスの経路を破線11bで示す。
図1に、オフガス熱交換器4からエンジン3へ導かれるオフガス経路を実線10dで示し、オフガス熱交換器5からエンジン3へ導かれるオフガス経路を破線11cで示す。
なお、改質器1と熱交換した排気ガス水を捕集する捕集手段と、SOFC2と熱交換した排気ガスから水を捕集する捕集手段とは別々に設けてもよい。
なお、オフガスから水を捕集する捕集手段7aと排気ガスから水を捕集する捕集手段7bとに、別々に水タンクを設けてもよい。
ここで、図2にコントロールユニット9の入出力関係を示すブロック図を示す。図2に示すように、コントロールユニット9には、電気自動車のイグニッションスイッチ(IG SW)のオン情報91、エンジン回転数92、車速93、アクセル開度94、二次電池の充電状態(state of charge:SOC)95、SOFC温度96及び改質器温度97の情報が入力される。なお、これらの情報は、それぞれ不図示のセンサによって検出される。また、コントロールユニット9は、各弁の開閉や開度を制御するだけでなく、モータ兼発電機35の動作も制御する。
まず、車速、アクセル開度及び二次電池のSOCの情報がコントロールユニット9に読み込まれる(S31)。
次いで、二次電池のSOCからSOFC2で発電すべき充電電力を算出する(S33)。
次いで、算出した供給すべき燃料量に応じて、燃料電池燃料制御弁4cの開度を制御する(S35)。
次いで、エンジン3が目標回転数となるように、エンジン3を制御する(S37)。エンジンの制御にあたっては、燃料噴射弁4d及び4eの開度が調整される。
このようにして、車両の走行中、SOFC2によって適切な電力が発電される。
図4は、第2実施形態による燃料電池システムの基本構成を示す概略図である。なお、図4では、図1に示した構成要素に対応するものに同一の符号を付している。
図4に、改質器1からSOFC2へ供給される改質ガスの経路を実線10bで示し、SOFC2へ供給される空気の経路を破線11aで示す。
図4に、SOFC2の燃料極2aからオフガス熱交換器4へ導かれるオフガスの経路を実線10cで示し、SOFC2の空気極2bからオフガス熱交換器4へ導かれるオフガスの経路を破線11bで示す。
2 SOFC
2a 燃料極(アノード)
2b 空気極(カソード)
3 エンジン
4 オフガス熱交換器
5 第1排気ガス熱交換器
6 第2排気ガス熱交換器
7a、7b 捕集手段
8a 燃料ガス制御弁
8b 空気制御弁
8c 燃料制御弁
8d 第1排気経路制御弁
8e 第2排気経路制御弁
9 コントロールユニット
31 吸気ポート
32 排気ポート
33 シリンダ
34 ピストンロッド
35 モータ兼発電機
71、73 ドレーン
72 共通水タンク
Claims (6)
- 炭化水素化合物を含有する燃料ガスに水蒸気を加えて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、
上記改質器から改質ガスが供給される固体酸化物型燃料電池と、
上記固体酸化物型燃料電池から排出されたオフガスを燃料の一部として吸引する内燃機関と、
上記内燃機関から排出された排気ガスと上記改質器及び上記固体酸化物型燃料電池の少なくとも一方との間で熱交換を行って、上記改質器及び上記固体酸化物型燃料電池の少なくとも一方を加熱する排気ガス熱交換器と、
上記排気ガス熱交換器で冷却された排気ガスから水を捕集する第1捕集手段とを備え、
上記第1捕集手段によって捕集された水を上記改質器で水蒸気として使用する、
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 上記排気ガス熱交換器は、上記改質器及び上記固体酸化物型燃料電池の両方に設けられ、
上記改質器と熱交換した排気ガスを導く第1通路と、
上記固体酸化物型燃料電池と熱交換した排気ガスを導く第2通路と
を備え、
上記第1捕集手段は、上記第1通路と上記第2通路とが合流する合流部よりも下流側に設けられる、
ことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 - 上記固体酸化物型燃料電池から排出されたオフガスと上記改質器との間で熱交換を行って、上記改質器を加熱するオフガス熱交換器と、
上記オフガス熱交換器で冷却されたオフガスから水を捕集する第2捕集手段とを備え、
上記第2捕集手段によって捕集された水を上記改質器で水蒸気として使用する、
ことを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。 - 上記第1及び第2捕集手段は、捕集した水を溜める共通の水タンクを有する、
ことを特徴とする請求項3記載の燃料電池システム。 - 炭化水素化合物を含有する燃料ガスに水蒸気を加えて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、
上記改質器から改質ガスが供給される固体酸化物型燃料電池と、
上記固体酸化物型燃料電池から排出されたオフガスと上記改質器との間で熱交換を行って、上記改質器を加熱するオフガス熱交換器と、
上記オフガス熱交換器で冷却されたオフガスから水を捕集する捕集手段とを備え、
上記捕集手段によって捕集された水を上記改質器で水蒸気として使用する、
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 捕集した水を上記改質器へ供給し、上記改質器の熱で加熱して水蒸気にする、
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の燃料電池システム。
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