JP2021141031A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
高温で作動する燃料電池システムにおいて、熱を有効利用することが行われている。例えば、特許文献1の燃料電池システムでは、アノードオフガスと燃料ガスとの間で熱交換を行うと共に、カソードオフガスと空気との間で熱交換を行っている。 Effective use of heat is being carried out in fuel cell systems that operate at high temperatures. For example, in the fuel cell system of Patent Document 1, heat exchange is performed between the anode off gas and the fuel gas, and heat exchange is performed between the cathode off gas and the air.
近年、アノードオフガスを再利用して発電を行う高効率の燃料電池システムが開発されているが、当該燃料電池システムにおいては、発電効率を高めるために、発電時に発生する熱のさらなる有効利用が求められている。 In recent years, a high-efficiency fuel cell system that recycles anode-off gas to generate power has been developed. In the fuel cell system, more effective use of heat generated during power generation is required in order to improve power generation efficiency. Has been done.
本発明は上記事実を考慮して成されたものであり、燃料電池システムにおいて、システム内の熱を有効利用することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above facts, and an object of the present invention is to effectively utilize the heat in the system in the fuel cell system.
請求項1に係る燃料電池システムは、燃料極の燃料ガスと空気極の酸化剤ガスにより発電し、前記燃料極からアノードオフガスが排出され、前記空気極からカソードオフガスが排出される燃料電池と、前記アノードオフガスの少なくとも一部を前記燃料電池での発電に供するアノードオフガス再利用路と、前記アノードオフガス再利用路に設けられ、前記アノードオフガスと前記燃料極へ向かう燃料ガスとで熱交換を行う燃料熱交換部と、前記カソードオフガスの少なくとも一部と水との熱交換により水を気化させ、気化した水蒸気を前記燃料極へ向かう燃料ガスと前記燃料熱交換部よりも上流側で合流させる、水蒸気供給部と、を備えている。 The fuel cell system according to claim 1 comprises a fuel cell in which power is generated by the fuel gas of the fuel electrode and the oxidizing agent gas of the air electrode, the anode off gas is discharged from the fuel electrode, and the cathode off gas is discharged from the air electrode. Heat exchange is performed between the anode off gas and the fuel gas directed to the fuel electrode, which are provided in the anode off gas reuse path for generating at least a part of the anode off gas in the fuel cell and the anode off gas reuse path. Water is vaporized by heat exchange between the fuel heat exchange unit and at least a part of the cathode off gas and water, and the vaporized water vapor is merged with the fuel gas toward the fuel electrode on the upstream side of the fuel heat exchange unit. It is equipped with a steam supply unit.
請求項1に係る燃料電池システムでは、アノードオフ再利用路に設けられた燃料熱交換部において、アノードオフガスと燃料ガスとで熱交換が行われる。また、水蒸気供給部において、カソードオフガスと燃料極へ向かう燃料ガスとで熱交換が行われる。このように、アノードオフガス、カソードオフガスの各々が、燃料電池へ向かう流体と熱交換するので、熱を有効利用することができる。 In the fuel cell system according to claim 1, heat exchange is performed between the anode off gas and the fuel gas in the fuel heat exchange unit provided in the anode off reuse path. Further, in the water vapor supply unit, heat exchange is performed between the cathode off gas and the fuel gas toward the fuel electrode. In this way, each of the anode-off gas and the cathode-off gas exchanges heat with the fluid going to the fuel cell, so that the heat can be effectively used.
また、水蒸気供給部では、燃料ガスと混合される前の水がカソードオフガスと熱交換されるので、燃料ガスと混合された後と比較して、少ない熱量で効率的に水を気化させることができる。 Further, in the steam supply unit, the water before being mixed with the fuel gas is heat-exchanged with the cathode off gas, so that the water can be efficiently vaporized with a smaller amount of heat as compared with the case after being mixed with the fuel gas. can.
なお、ここでの燃料ガスは、燃料極へ向かうガスであり、改質後の燃料ガスだけでなく、改質前の原料ガスを含んでいる。 The fuel gas here is a gas toward the fuel electrode, and includes not only the fuel gas after reforming but also the raw material gas before reforming.
請求項2に係る燃料電池システムは、前記アノードオフガスの一部と前記カソードオフガスの一部とが供給され、可燃ガスを燃焼させる燃焼部、を備えている。 The fuel cell system according to claim 2 includes a combustion unit to which a part of the anode off gas and a part of the cathode off gas are supplied to burn the combustible gas.
請求項2に係る燃料電池システムによれば、アノードオフガスの少なくとも一部とカソードオフガスの一部が供給されて可燃ガスを燃焼させる燃焼部から、システム内において必要な熱を得ることができる。 According to the fuel cell system according to claim 2, the required heat can be obtained in the system from the combustion unit in which at least a part of the anode off gas and a part of the cathode off gas are supplied to burn the combustible gas.
請求項3に係る燃料電池システムは、前記空気極へ向かう酸化剤ガスと前記燃焼部から排出された燃焼排ガスとで熱交換を行う空気熱交換部と、を備えている。 The fuel cell system according to claim 3 includes an air heat exchange unit that exchanges heat between the oxidant gas directed to the air electrode and the combustion exhaust gas discharged from the combustion unit.
請求項3に係る燃料電池システムによれば、空気極へ送出される酸化剤ガスを燃焼排ガスとの熱交換で加熱することができる。 According to the fuel cell system according to claim 3, the oxidant gas sent to the air electrode can be heated by heat exchange with the combustion exhaust gas.
請求項4に係る燃料電池システムは、前記アノードオフガス再利用路に設けられ、前記アノードオフガスと前記空気熱交換部よりも上流側の前記空気極へ向かう前記酸化剤ガスとで熱交換を行う空気予熱部、を備えている。 The fuel cell system according to claim 4 is provided in the anode off-gas reuse path, and air exchanges heat between the anode-off gas and the oxidant gas toward the air electrode on the upstream side of the air heat exchange section. It has a preheating part.
請求項4に係る燃料電池システムによれば、空気極へ向かう酸化剤ガスをアノードオフガスとの熱交換で、燃焼排ガスとの熱交換よりも前に加熱することができる。 According to the fuel cell system according to claim 4, the oxidant gas toward the air electrode can be heated by heat exchange with the anode off gas before the heat exchange with the combustion exhaust gas.
請求項5に係る燃料電池システムは、前記アノードオフガス再利用路は、前記燃料電池から送出されるアノードオフガスを前記燃料電池へ循環させる循環路を含んでいる。 In the fuel cell system according to claim 5, the anode off-gas reuse path includes a circulation path for circulating the anode-off gas delivered from the fuel cell to the fuel cell.
請求項5に係る燃料電池システムによれば、アノードオフガスを循環させて発電に再利用することにより、発電効率を高めることができる。 According to the fuel cell system according to claim 5, the power generation efficiency can be improved by circulating the anode off-gas and reusing it for power generation.
請求項6に係る燃料電池システムは、前記アノードオフガス再利用路へ送出する前記アノードオフガスと前記燃焼部へ送出する前記アノードオフガスとの分流比を前記燃料熱交換部から送出される燃料ガスの温度に基づいて制御する、アノードオフガス分流制御部、を備えている。 In the fuel cell system according to claim 6, the temperature of the fuel gas delivered from the fuel heat exchange section is the diversion ratio between the anode off gas delivered to the anode off gas reuse path and the anode off gas delivered to the combustion section. It is equipped with an anode off-gas diversion control unit, which is controlled based on the above.
請求項6に係る燃料電池システムによれば、アノードオフガス分流制御部により、燃料熱交換部から送出される燃料ガスの温度に基づいて、アノードオフガス再利用路と燃焼部へ送出するアノードオフガスの分流比を制御することにより、燃料熱交換部において燃料ガスを適切な温度に昇温することができる。 According to the fuel cell system according to claim 6, the anode-off gas diversion control unit sends out the anode-off gas to the anode-off gas reuse path and the combustion unit based on the temperature of the fuel gas sent from the fuel heat exchange unit. By controlling the ratio, the fuel gas can be heated to an appropriate temperature in the fuel heat exchange unit.
請求項7に係る燃料電池システムは、前記燃料電池は、前記燃料ガスが供給されて発電する第1燃料電池と、前記第1燃料電池からのアノードオフガスが前記アノードオフガス再利用路経由で供給されて発電する第2燃料電池を含んでいる。 In the fuel cell system according to claim 7, the fuel cell is supplied with a first fuel cell to which the fuel gas is supplied to generate power, and an anode-off gas from the first fuel cell is supplied via the anode-off gas reuse path. Includes a second fuel cell that generates electricity.
請求項7に係る燃料電池システムによれば、第1燃料電池からのアノードオフガスを第2燃料電池で発電に再利用することにより、発電効率を高めることができる。 According to the fuel cell system according to claim 7, the power generation efficiency can be improved by reusing the anode off gas from the first fuel cell for power generation in the second fuel cell.
請求項8に係る燃料電池システムは、前記水蒸気供給部へ送出する前記カソードオフガスと前記燃焼部へ送出する前記カソードオフガスとの分流比を、前記水蒸気供給部へ供給される水の量に基づいて制御する、カソードオフガス分流制御部、を備えている。 The fuel cell system according to claim 8 determines the diversion ratio between the cathode off gas delivered to the steam supply unit and the cathode off gas delivered to the combustion unit based on the amount of water supplied to the steam supply unit. It is equipped with a cathode off gas diversion control unit for control.
請求項8に係る燃料電池システムによれば、カソードオフガス分流制御部により、水蒸気供給部へ供給される水の量に基づいて、水蒸気供給部へ送出するカソードオフガスと燃焼部へ送出するカソードオフガスとの分流比を制御することにより、水蒸気供給部において水を適切に気化させることができる。 According to the fuel cell system according to claim 8, the cathode off gas to be sent to the steam supply unit and the cathode off gas to be sent to the combustion unit based on the amount of water supplied to the steam supply unit by the cathode off gas diversion control unit. By controlling the diversion ratio of water vapor, water can be appropriately vaporized in the steam supply unit.
本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池システムにおいて、システム内で発電時に発生する熱を、システム内部での熱交換を促進することで、有効利用することができる。これにより、発電システムの効率を向上することができる。 According to the fuel cell system according to the present invention, in the fuel cell system, the heat generated during power generation in the system can be effectively utilized by promoting heat exchange in the system. Thereby, the efficiency of the power generation system can be improved.
[第1実施形態]
以下、図面を参照して本発明の第1実施形態について詳細に説明する。図1には、本発明の実施形態に係る燃料電池システム10Aの主要構成の概略が示されている。本発明の実施形態に係る燃料電池システム10Aは、主要な構成として、原料熱交換部12、改質部14、第1燃料電池セルスタック16、第2燃料電池セルスタック18、燃焼部20、燃料再生部22、原料ガス供給ブロワ24、ポンプ26、空気供給ブロワ28、空気予熱部32、空気熱交換部34、及び、水熱交換部36を備えている。
[First Embodiment]
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of a main configuration of the
原料熱交換部12には、原料ガス供給管P1の一端が接続されており、原料ガス供給管P1から原料熱交換部12へ、原料ガスが供給される。原料熱交換部12では、後述する第1アノード16Aからのアノードオフガスにより原料ガスが加熱される。原料熱交換部12で加熱された原料ガスは、配管P3を経て改質部14へ供給される。
One end of the raw material gas supply pipe P1 is connected to the raw material
ポンプ26は、水源(不図示)から水熱交換部36へ改質用の水(液相)を供給する。ポンプ26は、後述する制御部40と接続されており、送出する水量が制御部40へ送信される。
The
水熱交換部36は、ポンプ26の駆動により水源(不図示)から供給された水(液相)を、後述するアノードオフガスとの熱交換により加熱することにより気化する。水熱交換部36には、水蒸気供給管P8が接続されており、水蒸気供給管P8の下流端は、原料ガス供給管P1の原料熱交換部12よりも上流側に合流されている。水熱交換部36で気化された水は、水蒸気供給管P8を介して原料ガス供給管P1へ送られる。なお、水熱交換部36と水蒸気供給管P8により、本発明の水蒸気供給部が形成されている。
The water
なお、本実施形態では、原料ガスとしてメタンを用いるが、改質が可能なガスであれば特に限定されず、炭化水素燃料を用いることができる。炭化水素燃料としては、天然ガス、LPガス(液化石油ガス)、石炭改質ガス、低級炭化水素ガスなどが例示される。低級炭化水素ガスとしては、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン等の炭素数4以下の低級炭化水素が挙げられ、本実施形態で用いるメタンが好ましい。なお、炭化水素燃料としては、上述した低級炭化水素ガスを混合したものであってもよく、上述した低級炭化水素ガスは天然ガス、都市ガス、LPガス等のガスであってもよい。また、バイオガスを用いてもよい。 In the present embodiment, methane is used as the raw material gas, but the gas is not particularly limited as long as it can be reformed, and a hydrocarbon fuel can be used. Examples of the hydrocarbon fuel include natural gas, LP gas (liquefied petroleum gas), coal reforming gas, and lower hydrocarbon gas. Examples of the lower hydrocarbon gas include lower hydrocarbons having 4 or less carbon atoms such as methane, ethane, ethylene, propane and butane, and methane used in the present embodiment is preferable. The hydrocarbon fuel may be a mixture of the above-mentioned lower hydrocarbon gas, and the above-mentioned lower hydrocarbon gas may be a gas such as natural gas, city gas, or LP gas. Moreover, you may use biogas.
改質部14では、原料ガスを改質し、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを生成する。改質部14は、第1燃料電池セルスタック16の第1アノード(燃料極)16Aと接続されている。改質部14で生成された燃料ガスは、燃料ガス管P4を介して第1燃料電池セルスタック16の第1アノード16Aに供給される。
The reforming
第1燃料電池セルスタック16は固体酸化物形の燃料電池セルスタックであり、複数の燃料電池セルを有している。第1燃料電池セルスタック16は本発明における燃料電池(第1燃料電池)の一例であり、本実施形態では、作動温度が650℃程度とされている。個々の燃料電池セルは、電解質層と、当該電解質層の表裏面にそれぞれ積層された第1アノード16A、及び第1カソード(空気極)16Bと、を有している。
The first fuel
なお、第2燃料電池セルスタック18についての基本構成は、第1燃料電池セルスタック16と同様であり、第1アノード16Aに対応する第2アノード18A、及び第1カソード16Bに対応する第2カソード18Bを有している。
The basic configuration of the second
第1燃料電池セルスタック16の第1カソード16Bには、空気供給管P5(P5C)の一端が接続されており、空気供給管P5(P5A)の他端に接続された空気供給ブロワ28により、後述する空気予熱部32、空気熱交換部34を経た空気が供給される。第1カソード16Bでは、下記(1)式に示すように、空気中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。生成された酸素イオンは電解質層を通って第1燃料電池セルスタック16の第1アノード16Aに到達する。
One end of the air supply pipe P5 (P5C) is connected to the
(空気極反応)
1/2O2+2e− →O2− …(1)
(Air pole reaction)
1 / 2O 2 + 2e − → O 2- … (1)
また、第1カソード16Bには、第1カソード16Bから排出されるカソードオフガスを第2燃料電池セルスタック18の第2カソード18Bへ案内するカソードオフガス管P6が接続されている。
Further, a cathode off gas pipe P6 for guiding the cathode off gas discharged from the
一方、第1燃料電池セルスタック16の第1アノード16Aでは、下記(2)式及び(3)式に示すように、電解質層を通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水(水蒸気)及び二酸化炭素と電子が生成される。第1アノード16Aで生成された電子が第1アノード16Aから外部回路を通って第1カソード16Bに移動することで、各燃料電池セルにおいて発電される。また、各燃料電池セルは、発電時に発熱する。
On the other hand, in the
(燃料極反応)
H2 +O2− →H2O+2e− …(2)
CO+O2− →CO2+2e− …(3)
(Fuel electrode reaction)
H 2 + O 2- → H 2 O + 2e − … (2)
CO + O 2- → CO 2 + 2e − … (3)
第1燃料電池セルスタック16の第1アノード16Aにはアノードオフガス管P7の一端が接続されており、アノードオフガス管P7には、第1アノード16Aからアノードオフガスが排出される。アノードオフガスには、未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気等が含まれている。
One end of the anode off gas pipe P7 is connected to the
なお、本発明の燃料電池としては、固体酸化物形の燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)に限られるものではなく、他の燃料電池、例えば溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)であってもよい。 The fuel cell of the present invention is not limited to a solid oxide fuel cell (SOFC), but is another fuel cell such as a molten carbonate fuel cell (MCFC). May be good.
アノードオフガス管P7の他端は、燃料再生部22と接続されている。燃料再生部22は、アノードオフガスから、二酸化炭素、水の少なくとも一方を除去する。燃料再生部22としては、例えば、凝縮器、水蒸気分離膜、二酸化炭素分離膜、二酸化炭素吸収剤等を用いることができる。
The other end of the anode off-gas pipe P7 is connected to the
アノードオフガスは、アノードオフガス管P7に送出され、原料熱交換部12、空気予熱部32を経て燃料再生部22へ供給される。原料熱交換部12では、原料ガス供給管P1から流入した原料ガス及び水蒸気と、第1アノード18Aからアノードオフガス管P7に送出されたアノードオフガスとで熱交換が行われる。熱交換により、原料ガス及び水蒸気が加熱され、アノードオフガスが冷却される。
The anode off gas is sent to the anode off gas pipe P7, and is supplied to the
空気予熱部32では、空気供給管P5から流入した空気と、原料熱交換部12を経たアノードオフガスとで熱交換が行われる。熱交換により、空気が加熱され、アノードオフガスが冷却される。
In the
燃料再生部22では、アノードオフガスについて、二酸化炭素及び水の少なくとも一方の濃度が低減される。二酸化炭素及び水の少なくとも一方の濃度が低減されたアノードオフガスは、再生燃料ガスとして、再生燃料ガス管P9へ送出される。再生燃料ガス管P9は、第2燃料電池セルスタック18のアノード18Aと接続されており、再生燃料ガスは、再生燃料ガス管P9を経て、第2燃料電池セルスタック18の第2アノード18Aに供給される。
In the
本実施形態の燃料電池システム10Aは、第1燃料電池セルスタック16で使用された燃料であるアノードオフガスが再生されて、燃料ガスとして第2燃料電池セルスタック18で再利用される多段式の燃料電池システムとなっている。
In the
第2燃料電池セルスタック18の第2アノード18A及び第2カソード18Bでは、第1燃料電池セルスタック16と同様の反応により発電が行われる。
At the
第2アノード18Aには、アノードオフガス管P10の一端が接続され、アノードオフガス管P10の他端は燃焼部20に接続されている。第2アノード18Aから排出されたアノードオフガスは、アノードオフガス管P10を経て燃焼部20へ供給される。
One end of the anode off-gas pipe P10 is connected to the
燃焼部20は、改質部14と隣接されており、燃焼部20の燃焼熱が改質部14へ供給される。
The
第2カソード18Bには、カソードオフガス管P11の一端が接続され、カソードオフガス管P11は、分岐部B1で熱交換用オフガス管P11Aと燃焼用オフガス管P11Bに分岐されている。分岐部B1は、熱交換用オフガス管P11Aと燃焼用オフガス管P11Bへの分流比R1を調整可能な弁を有している。熱交換用オフガス管P11Aは、水熱交換部36と接続され、燃焼用オフガス管P11Bは、燃焼部20と接続されている。
One end of the cathode off-gas pipe P11 is connected to the
第2カソード18Bから排出されたカソードオフガスは、分岐部B1で分岐され、分岐された一方は、熱交換用オフガス管P11Aを経て水熱交換部36へ供給される。分岐された他方は、燃焼用オフガス管P11Bを経て燃焼部20へ供給される。
The cathode off-gas discharged from the
燃焼部20からは、燃焼排ガスが送出される。燃焼排ガスは、燃焼排ガス管P12内を流通し、空気熱交換部34での熱交換を経て排出される。空気熱交換部34では、空気予熱部32で予熱された空気が空気供給管P5Bを経て空気熱交換部34へ流入し更に加熱される。また、燃焼排ガス管P12を経て流入した燃焼排ガスが冷却される。空気熱交換部34で加熱された空気は、第1カソード18Bへ供給される。
Combustion exhaust gas is sent from the
図2に示されるように、 制御部40は、燃料電池システム10Aの全体を制御するものであり、CPU(Central Processing Unit:プロセッサ)40A、ROM(Read Only Memory)40B、RAM(Random Access Memory)40C、ストレージ40D、入出力インターフェース(I/F)40E、を有する。各構成は、バス40Fを介して相互に通信可能に接続されている。
As shown in FIG. 2, the
CPU40Aは、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、CPU40Aは、ROM40Bまたはストレージ40Dからプログラムを読み出し、RAM40Cを作業領域としてプログラムを実行する。CPU40Aは、ROM40Bまたはストレージ40Dに記録されているプログラムにしたがって、上記各構成の制御および各種の演算処理を行う。
The
ROM40Bは、各種プログラムおよび各種データを格納する。RAM40Cは、作業領域として一時的にプログラムまたはデータを記憶する。ストレージ40Dは、HDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid State Drive)により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、および各種データを格納する。
The
本実施形態では、ROM40Bまたはストレージ40Dには、燃料電池システム10Aの後述するカソードオフガス分流比制御処理についてのプログラムや、ポンプ26から送出される水量データ、カソードオフガス分流比制御処理に使用される水量とカソードオフガス分流比についてのテーブルCT等が格納されている。入出力I/F40Eは、信号線を介して、ポンプ26、分岐部B1と接続されている。
In the present embodiment, the
カソードオフガス分流比制御処理は、ポンプ26から送出される水量に応じて分岐部B1での分流比を制御する処理である。ストレージ40Dには、図3に示されるように、ポンプ26から送出される水量とカソードオフガスの分流比R1のテーブルBTが格納されている。ここでの分流比R1は、熱交換用オフガス管P11A(水熱交換部36側)へ送出される割合(%)を示している。また、テーブルBTにおける水量は、燃料電池システム10Aでの最大電力発電時における改質水の量を100として示している。分流比R1は、水熱交換部36へ、水(液相)を気化させるために十分な熱量となるカソードオフガス量が供給されるように設定されている。
The cathode off gas diversion ratio control process is a process of controlling the diversion ratio at the branch portion B1 according to the amount of water sent from the
次に、本実施形態の燃料電池システム10Aの動作について説明する。
Next, the operation of the
燃料電池システム10Aにおいては、ポンプ26によって改質用の水(液相)が水熱交換部36へ送出され、水熱交換部36において、カソードオフガスとの熱交換により水が加熱されて気化される。気化された水は、水蒸気供給管P8を介して原料ガス供給管P1へ送られる。原料ガスは、原料ガス供給ブロワ24によって、原料ガス供給管P1へ送出され、水蒸気と混合されて混合原料ガスとなり、原料熱交換部12へ供給される。混合原料ガスは、原料熱交換部12において第1アノード16Aから送出されたアノードオフガスとの熱交換により加熱され、配管P3を経て改質部14へ供給される。
In the
改質部14では、混合原料ガスが改質反応により改質され、水素および一酸化炭素を含む燃料ガスが生成される。燃料ガスは燃料ガス管P4を介して第1燃料電池セルスタック16の第1アノード16Aに供給される。
In the reforming
第1燃料電池セルスタック16の第1カソード16Bには、空気予熱部32及び空気熱交換部34で熱交換により加熱された空気が、空気供給管P5(P5A、P5B、P5C)を経て供給される。これにより、第1燃料電池セルスタック16では、前述の反応により発電が行われる。この発電に伴い燃料電池セルスタック16の第1アノード16Aからは、アノードオフガスが排出される。また、第1カソード16Bからは、カソードオフガスが排出される。カソードオフガスは、カソードオフガス管P6を通って第2燃料電池セルスタック18の第2カソード18Bへ供給される。
Air heated by heat exchange in the
第1アノード16Aから排出されたアノードオフガスは、アノードオフガス管P7に導かれ、原料熱交換部12へ流入し、混合原料ガスと熱交換される。当該熱交換により、混合原料ガスが加熱され、アノードオフガスが冷却される。原料熱交換部12で熱交換が行われた後のアノードオフガスは、空気予熱部32へ供給され、空気予熱部32において空気供給ブロワ28から送出された空気と熱交換される。当該熱交換により、空気が加熱され、アノードオフガスがさらに冷却される。空気予熱部32で熱交換が行われた後のアノードオフガスは燃料再生部22へ供給される。燃料再生部22では、アノードオフガスから、二酸化炭素、水の少なくとも一方が除去され、再生燃料ガスが生成される。再生燃料ガスは、再生燃料ガス管P9へ送出され、第2燃料電池セルスタック18の第2アノード18Aへ供給される。
The anode off gas discharged from the
第2燃料電池セルスタック18では、前述の反応により発電が行われる。第2アノード18Aからアノードオフガスが排出され、第2カソード18Bからカソードオフガスが排出される。第2アノード18Aから排出されたアノードオフガスは、アノードオフガス管P10を経て燃焼部20へ供給される。
In the second
第2カソード18Bから排出されたカソードオフガスは、分岐部B1で分岐される。ここで、分岐部B1における分流比R1の制御について説明する。
The cathode off gas discharged from the
燃料電池システム10Aでは、起動後に定常運転が開始された後、図4に示されるカソードオフガス分流比制御処理が実行される。まず、ステップS10で、ポンプ26から送出される最新の水量データを取得する。次に、ステップS12で、テーブルBTを参照して水量データに対応する分流比R1を決定する。そして、ステップS14で、分流比R1となるように、分岐部B1を制御する。これにより、分岐部B1では、分流比R1で熱交換用オフガス管P11Aと燃焼用オフガス管P11Bへカソードオフガスが送出される。ステップS16で、運転停止指示があったかどうか判断し、運転停止指示がなければ、ステップS10へ戻り、処理を繰り返す。運転停止指示があれば、カソードオフガス分流比制御処理を終了する。
In the
このようにして、分岐部B1では、ポンプ26から送出される水量に応じて、カソードオフガスが水熱交換部36へ供給されるように分流比R1が設定される。
In this way, in the branch portion B1, the distribution ratio R1 is set so that the cathode off gas is supplied to the water
分岐部B1で分岐されたカソードオフガスの一方は、熱交換用オフガス管P11Aを経て水熱交換部36へ供給される。水熱交換部36では、熱交換により、水が加熱されて気化され、カソードオフガスが冷却される。分岐部B1では、水量に応じて気化のために適切な量のカソードオフガスが分流比R1として設定されているので、水熱交換部36での気化を適切に行うことができる。
One of the cathode off-gas branched at the branch portion B1 is supplied to the water
分岐部B1で分岐されたカソードオフガスの他方は、燃焼用オフガス管P11Bを経て燃焼部20へ供給され、アノードオフガスの燃焼に供される。
The other end of the cathode off gas branched at the branch portion B1 is supplied to the
燃焼部20から排出された燃焼排ガスは、空気熱交換部34へ送出され、空気予熱部32で予熱された空気との熱交換が行われる。空気熱交換部34では、空気が加熱され、燃焼排ガスが冷却される。空気熱交換部34で加熱された空気は、第1カソード18Bへ供給される。
The combustion exhaust gas discharged from the
本実施形態の燃料電池システム10Aでは、アノードオフガス管P7に設けられた燃料熱交換部12において、アノードオフガスと空気とで熱交換が行われる。また、水熱交換部36において、カソードオフガスと水とで熱交換が行われる。さらに、空気熱交換部34において、燃焼部20から排出される燃焼排ガスと空気予熱部32を経た空気とで熱交換が行われる。このように、アノードオフガス、カソードオフガスの各々が、第1燃料電池セルスタック16または第2燃料電池セルスタック18へ向かう流体と熱交換するので、システム内における熱を有効利用することができる。
In the
また、空気は、燃焼排ガスとの熱交換よりも上流側でアノードオフガスと熱交換するので、燃料再生部22へ向かうアノードオフガスを、水の凝縮温度や膜の作動温度まで、効果的に冷却することができる。
Further, since the air exchanges heat with the anode off gas on the upstream side of the heat exchange with the combustion exhaust gas, the anode off gas heading to the
また、本実施形態では、燃料再生部22で、アノードオフガス中の水及び二酸化炭素の少なくとも一方が除去されて再生燃料ガスが第2燃料電池セルスタック18での発電に供されるので、第2燃料電池セルスタック18での発電効率を高くすることができる。
Further, in the present embodiment, at least one of water and carbon dioxide in the anode off gas is removed by the
また、本実施形態では、燃焼部20においてアノードオフガス中の可燃成分を燃焼させることにより、改質部14における改質反応に必要な熱を得たり、空気の加熱に必要な熱を得たり、することができる。
Further, in the present embodiment, by burning the combustible component in the anode off-gas in the
また、本実施形態では、カソードオフガス分流制御処理により、水熱交換部36へ供給する水の量に基づいて、水熱交換部36へ送出するカソードオフガスと燃焼部20へ送出するカソードオフガスとの分流比R1を制御するので、水熱交換部36において水を適切に気化することができる。
Further, in the present embodiment, the cathode off gas sent to the water
また、カソードオフガス管P11は、分岐部B1で熱交換用オフガス管P11Aと燃焼用オフガス管P11Bに分岐されているので、カソードオフガスについて、圧力損失を少なくすることができる。これにより、空気供給ブロワ28の出力を下げることができ、消費電力を抑制することができる。
Further, since the cathode off-gas pipe P11 is branched into the heat exchange off-gas pipe P11A and the combustion off-gas pipe P11B at the branch portion B1, the pressure loss of the cathode off-gas can be reduced. As a result, the output of the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、第1実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図5には、本発明の第2実施形態に係る燃料電池システム10Bが示されている。燃料電池システム10Bは、第1実施形態で説明した燃料電池システム10Aと比較して、第2燃料電池セルスタック18を有していない点が異なっている。また、配管P3に温度計Tが設けられ、アノードオフガス分流比制御処理が実行される点が異なっている。
FIG. 5 shows the
配管P3には、原料熱交換部12から送出された原料ガスの温度を測定する温度計Tが設けられている。温度計Tは、制御部40と接続されており、測定された温度T1は、制御部40へ出力される。
The pipe P3 is provided with a thermometer T for measuring the temperature of the raw material gas sent from the raw material
第1燃料電池セルスタック16の第1アノード16Aにはアノードオフガス管P10の一端が接続されており、アノードオフガス管P10には、第1アノード16Aからアノードオフガスが排出される。アノードオフガス管P10は、分岐部B2で循環用オフガス管P10Aと燃焼用オフガス管P10Bに分岐されている。分岐部B2は、循環用オフガス管P10Aと燃焼用オフガス管P10Bへの分流比R2を調整可能な弁を有している。循環用オフガス管P10Aは、燃料熱交換部12、空気熱交換部32を経て燃料再生部22と接続されている。燃焼用オフガス管P10Bは、燃焼部20と接続されている。
One end of the anode off-gas pipe P10 is connected to the
燃料再生部22の下流側(出口側)には、再生燃料ガス管P9の一端が接続されており、再生燃料ガス管P9の他端は、燃料熱交換部12よりも上流側で、原料ガス供給管P1に接続されている。燃料再生部22から再生燃料ガス管P9へ再生燃料ガスが送出される。再生燃料ガス管P9には、ガス供給ブロワ25が設けられており、再生燃料ガスを原料ガス供給管P1と合流させる。
One end of the regenerated fuel gas pipe P9 is connected to the downstream side (outlet side) of the
本実施形態の燃料電池システム10Bは、第1燃料電池セルスタック16で使用された燃料であるアノードオフガスが再生されて、再度燃料ガスとして第1燃料電池セルスタック16で再利用される循環式の燃料電池システムとなっている。
The
第1カソード16Bには、カソードオフガス管P11の一端が接続されており、カソードオフガス管P11には、第1カソード16Bからカソードオフガスが排出される。カソードオフガス管P11は、分岐部B1で熱交換用オフガス管P11Aと燃焼用オフガス管P11Bに分岐されている。熱交換用オフガス管P11Aは、原料熱交換部12と接続され、燃焼用オフガス管P11Bは、燃焼部20と接続されている。
One end of the cathode off gas pipe P11 is connected to the
図6に示されるように、制御部40の入出力I/F40Eは、信号線を介して、温度計T、分岐部B2、ポンプ26、分岐部B1と接続されている。
As shown in FIG. 6, the input / output I /
アノードオフガス分流比制御処理は、温度計Tで測定された混合原料ガスの温度に応じて分岐部B2での分流比を制御する処理である。ストレージ40Dには、図7に示されるように、原料熱交換部12で熱交換された後の混合原料ガスの温度とアノードオフガスの分流比R2のテーブルATが格納されている。
The anode off-gas diversion ratio control process is a process of controlling the diversion ratio at the branch portion B2 according to the temperature of the mixed raw material gas measured by the thermometer T. As shown in FIG. 7, the
ここでの分流比R2は、循環用オフガス管P10A(原料熱交換部12側)へ送出される割合(%)を示している。分流比R2minは、混合原料ガスの昇温最高温度T2に対応する分流比であり、循環用オフガス管P10Aへ送出する分流として最低になる分流比である。分流比R2maxは、分流比R2minよりも高い割合で、混合原料ガスの昇温最低温度T1に対応する分流比であり、循環用オフガス管P10Aへ送出する分流として最高になる分流比である。
The diversion ratio R2 here indicates the ratio (%) of being sent to the circulation off-gas pipe P10A (raw material
昇温最低温度T1は、原料熱交換部12で熱交換された後の混合原料ガスについて最低限確保したい温度であり、昇温最高温度T2は、昇温最低温度T1よりも高く、原料熱交換部12で熱交換された後の混合原料ガスについて目標とする最高温度である。すなわち、原料熱交換部12で熱交換された後の混合原料ガスについて温度T1〜T2の間への制御が行われる。温度計Tで測定された温度が昇温最低温度T1以下の場合には、分流比R2をR2maxとして混合原料ガスの昇温を促進し、温度計Tで測定された温度が昇温最高温度T2以上の場合には、分流比R2をR2minとして、混合原料ガスの昇温を抑制する。
The temperature rise minimum temperature T1 is the temperature at which the minimum temperature to be secured for the mixed raw material gas after heat exchange in the raw material
次に、本実施形態の燃料電池システム10Bの動作について説明する。
Next, the operation of the
第1燃料電池セルスタック16の第1アノード16Aから排出されたアノードオフガスは、分岐部B2で分流される。ここで、分岐部B2における分流比R2の制御について説明する。
The anode off gas discharged from the
燃料電池システム10Aでは、起動後に定常運転が開始された後、第1実施形態と同様に、図4に示されるカソードオフガス分流比制御処理が実行される。さらに、同様のタイミングで、図8に示されるアノードオフガス分流比制御処理が実行される。
In the
アノードオフガス分流比制御処理では、まず、ステップS20で、温度計Tから得られる最新の温度データを取得する。次に、ステップS22で、テーブルATを参照して温度データに対応する分流比R2を決定する。そして、ステップS24で、分流比R2となるように、分岐部B2を制御する。これにより、分岐部B2では、分流比R2で循環用オフガス管P10Aと燃焼用オフガス管P10Bへアソードオフガスが送出される。ステップS26で、運転停止指示があったかどうか判断し、運転停止指示がなければ、ステップS20へ戻り、処理を繰り返す。運転停止指示があれば、アノードオフガス分流比制御処理を終了する。 In the anode off-gas diversion ratio control process, first, in step S20, the latest temperature data obtained from the thermometer T is acquired. Next, in step S22, the diversion ratio R2 corresponding to the temperature data is determined with reference to the table AT. Then, in step S24, the branch portion B2 is controlled so that the coefficient of determination R2 is obtained. As a result, in the branch portion B2, the assault off gas is delivered to the circulation off-gas pipe P10A and the combustion off-gas pipe P10B at the distribution ratio R2. In step S26, it is determined whether or not there is an operation stop instruction, and if there is no operation stop instruction, the process returns to step S20 and the process is repeated. If there is an operation stop instruction, the anode off-gas diversion ratio control process is terminated.
このようにして、分岐部B2では、温度計Tで測定された温度に応じて、アノードオフガスが原料熱交換部12へ供給されるように分流比R2が設定される。
In this way, in the branch portion B2, the diversion ratio R2 is set so that the anode off gas is supplied to the raw material
分岐部B2で分岐されたアノードオフガスの一方は、循環用オフガス管P10Aを経て原料熱交換部12へ供給される。原料熱交換部12では、熱交換により、混合原料ガスが加熱され、アノードオフガスが冷却される。分岐部B2では、温度Tに応じて適切な量のアノードオフガスが分流比R2として設定されているので、原料熱交換部12での熱交換を適切に行うことができる。
One of the anode off-gas branched at the branch portion B2 is supplied to the raw material
原料熱交換部12から送出されたアノードオフガスは、空気予熱部32へ供給され、空気予熱部32において空気供給ブロワ28から送出された空気と熱交換される。当該熱交換により、空気が加熱され、アノードオフガスがさらに冷却される。
The anode off gas delivered from the raw material
空気予熱部32で熱交換が行われた後のアノードオフガスは燃料再生部22へ供給される。燃料再生部22では、アノードオフガスから、二酸化炭素、水の少なくとも一方が除去され、再生燃料ガスが生成される。再生燃料ガスは、再生燃料ガス管P9へ送出され、原料ガス供給管P1へ合流し、原料ガスと共に原料熱交換部12、改質部14を経て、第1燃料電池セルスタック16での発電に供される。
The anode off gas after the heat exchange is performed in the
分岐部B2で分岐されたアノードオフガスの他方は、燃焼用オフガス管P10Bを経て燃焼部20へ供給され、燃焼に供される。
The other side of the anode off-gas branched at the branch portion B2 is supplied to the
分岐部B1で分岐されたカソードオフガスの一方及び他方は、第1実施形態と同様に、水熱交換部36、燃焼部20へ各々供給される。
One and the other of the cathode off gas branched at the branch portion B1 are supplied to the water
本実施形態の燃料電池システム10Bでは、循環用オフガス管P10Aに設けられた原料熱交換部12において、アノードオフガスと混合原料ガスとで熱交換が行われる。また、空気予熱部32において、原料熱交換部12から送出されたアノードオフガスと空気とで熱交換が行われる。さらに、空気熱交換部34において、燃焼部20から排出される燃焼排ガスと空気予熱部32を経た空気とで熱交換が行われる。このように、アノードオフガス、カソードオフガスの各々が、第1燃料電池セルスタック16へ向かう流体と熱交換するので、システム内における熱を有効利用することができる。
In the
また、空気は、燃焼排ガスとの熱交換よりも上流側でアノードオフガスと熱交換するので、燃料再生部22へ向かうアノードオフガスを、水の凝縮温度や膜の作動温度まで、効果的に冷却することができる。
Further, since the air exchanges heat with the anode off gas on the upstream side of the heat exchange with the combustion exhaust gas, the anode off gas heading to the
また、本実施形態では、燃料再生部22で、アノードオフガス中の水及び二酸化炭素の少なくとも一方が除去されて再生燃料ガスが第1燃料電池セルスタック16での発電に再度供給されるので、第1燃料電池セルスタック16での発電効率を高くすることができる。
Further, in the present embodiment, at least one of water and carbon dioxide in the anode off gas is removed by the
なお、第1、第2実施形態では、改質部14で原料ガスの改質が行われ、改質後の燃料ガスが第1燃料電池セルスタック16の第1アノード16Aへ供給される例について説明したが、原料ガスの改質は、第1アノード16Aで行われてもよい。すなわち、改質部14を備えず、原料ガス供給管P1を直接第1アノード16Aへ接続して、原料ガスを第1アノード16Aへ供給し、改質部を兼ねた第1アノード16Aで改質を行ってもよい。
In the first and second embodiments, the reforming
10A、10B 燃料電池システム
12 原料熱交換部(燃料熱交換部)
16 第1燃料電池セルスタック(燃料電池)
16A 第1アノード(燃料極)
16B 第1カソード(空気極)
18 第2燃料電池セルスタック(燃料電池)
18A 第2アノード(燃料極)
18B 第2カソード(空気極)
20 燃焼部
22 燃料再生部
32 空気予熱部
34 空気熱交換部
36 水熱交換部(水蒸気供給部)
P8 水蒸気供給管(水蒸気供給部)
40 制御部(アノードオフガス分流制御部、カソードオフガス分流制御部)
P7 アノードオフガス管(アノードオフ再利用路)
P9 再生燃料ガス管(アノードオフ再利用路)
P10A 循環用オフガス管(アノードオフ再利用路)
B1 分岐部(カソードオフガス分流制御部)
B2 分岐部(アノードオフガス分流制御部)
10A, 10B
16 1st fuel cell cell stack (fuel cell)
16A 1st anode (fuel electrode)
16B 1st cathode (air electrode)
18 Second fuel cell cell stack (fuel cell)
18A 2nd anode (fuel electrode)
18B 2nd cathode (air electrode)
20
P8 Steam supply pipe (steam supply section)
40 Control unit (anode off gas flow control unit, cathode off gas flow control unit)
P7 Anode off gas pipe (anode off reuse path)
P9 Recycled fuel gas pipe (anode off reuse path)
P10A Circulation off-gas pipe (anode off reuse path)
B1 branch (cathode off gas flow control unit)
B2 branch (anode off gas diversion control)
請求項1に係る燃料電池システムは、燃料極の燃料ガスと空気極の酸化剤ガスにより発電し、前記燃料極からアノードオフガスが排出され、前記空気極からカソードオフガスが排出される燃料電池と、前記アノードオフガスの少なくとも一部を前記燃料電池での発電に供するアノードオフガス再利用路と、前記アノードオフガス再利用路に設けられ、前記アノードオフガスと前記燃料極へ向かう燃料ガスとで熱交換を行う燃料熱交換部と、前記アノードオフガスの少なくとも一部が供給され、可燃ガスを燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部を非経由の前記カソードオフガスの少なくとも一部と水との熱交換により水を気化させ、気化した水蒸気を前記燃料極へ向かう燃料ガスと前記燃料熱交換部よりも上流側で合流させる、水蒸気供給部と、を備えている。 The fuel cell system according to claim 1 comprises a fuel cell in which power is generated by the fuel gas of the fuel electrode and the oxidizing agent gas of the air electrode, the anode off gas is discharged from the fuel electrode, and the cathode off gas is discharged from the air electrode. Heat exchange is performed between the anode off gas and the fuel gas directed to the fuel electrode, which are provided in the anode off gas reuse path for generating at least a part of the anode off gas in the fuel cell and the anode off gas reuse path. Water is vaporized by heat exchange between the fuel heat exchange unit, the combustion unit in which at least a part of the anode off gas is supplied and combustible gas is burned , and at least a part of the cathode off gas that does not pass through the combustion unit and water. It is provided with a steam supply unit for merging the vaporized water vapor with the fuel gas toward the fuel electrode on the upstream side of the fuel heat exchange unit.
請求項2に係る燃料電池システムは、前記燃焼部には、前記カソードオフガスの一部が供給される。 In the fuel cell system according to claim 2, a part of the cathode off gas is supplied to the combustion unit .
請求項1に係る燃料電池システムは、燃料極の燃料ガスと空気極の酸化剤ガスにより発電し、前記燃料極からアノードオフガスが排出され、前記空気極からカソードオフガスが排出される燃料電池と、前記アノードオフガスの少なくとも一部を前記燃料電池での発電に供するアノードオフガス再利用路と、前記アノードオフガス再利用路に設けられ、前記アノードオフガスと前記燃料極へ向かう燃料ガスとで熱交換を行う燃料熱交換部と、
前記アノードオフガスの少なくとも一部、及び前記カソードオフガスの一部が供給され、可燃ガスを燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部を非経由の前記カソードオフガスの少なくとも一部と水との熱交換により水を気化させ、気化した水蒸気を前記燃料極へ向かう燃料ガスと前記燃料熱交換部よりも上流側で合流させる、水蒸気供給部と、前記水蒸気供給部へ送出する前記カソードオフガスと前記燃焼部へ送出する前記カソードオフガスとの分流比を、前記水蒸気供給部へ供給される水の量に基づいて制御する、カソードオフガス分流制御部と、を備えている。
The fuel cell system according to claim 1 comprises a fuel cell in which power is generated by the fuel gas of the fuel electrode and the oxidizing agent gas of the air electrode, the anode off gas is discharged from the fuel electrode, and the cathode off gas is discharged from the air electrode. Heat exchange is performed between the anode off gas and the fuel gas directed to the fuel electrode, which are provided in the anode off gas reuse path for generating at least a part of the anode off gas in the fuel cell and the anode off gas reuse path. With the fuel heat exchange section
Water by heat exchange between a combustion part to which at least a part of the anode off gas and a part of the cathode off gas is supplied and burns combustible gas, and at least a part of the cathode off gas that does not pass through the combustion part and water. is vaporized, sending the vaporized steam the is merged upstream from the fuel gas fuel heat exchange section towards the anode, and a steam supply unit, and the cathode offgas sent to the steam supply section to the combustion section It is provided with a cathode off gas diversion control unit that controls the diversion ratio with the cathode off gas to be controlled based on the amount of water supplied to the steam supply unit .
請求項1に係る燃料電池システムは、前記燃焼部には、前記カソードオフガスの一部が供給される。 In the fuel cell system according to claim 1, a part of the cathode off gas is supplied to the combustion unit.
請求項1に係る燃料電池システムによれば、アノードオフガスの少なくとも一部とカソードオフガスの一部が供給されて可燃ガスを燃焼させる燃焼部から、システム内において必要な熱を得ることができる。 According to the fuel cell system according to claim 1 , the required heat can be obtained in the system from the combustion unit in which at least a part of the anode off gas and a part of the cathode off gas are supplied to burn the combustible gas.
請求項7に係る燃料電池システムは、前記空気極へ向かう酸化剤ガスと前記燃焼部から排出された燃焼排ガスとで熱交換を行う空気熱交換部と、を備えている。 The fuel cell system according to claim 7 includes an air heat exchange unit that exchanges heat between the oxidant gas directed to the air electrode and the combustion exhaust gas discharged from the combustion unit.
請求項7に係る燃料電池システムによれば、空気極へ送出される酸化剤ガスを燃焼排ガスとの熱交換で加熱することができる。 According to the fuel cell system according to claim 7 , the oxidant gas delivered to the air electrode can be heated by heat exchange with the combustion exhaust gas.
請求項8に係る燃料電池システムは、前記アノードオフガス再利用路に設けられ、前記アノードオフガスと前記空気熱交換部よりも上流側の前記空気極へ向かう前記酸化剤ガスとで熱交換を行う空気予熱部、を備えている。 The fuel cell system according to claim 8 is provided in the anode off-gas reuse path, and air exchanges heat between the anode-off gas and the oxidant gas toward the air electrode on the upstream side of the air heat exchange section. It has a preheating part.
請求項8に係る燃料電池システムによれば、空気極へ向かう酸化剤ガスをアノードオフガスとの熱交換で、燃焼排ガスとの熱交換よりも前に加熱することができる。 According to the fuel cell system according to claim 8 , the oxidant gas toward the air electrode can be heated by heat exchange with the anode off gas before the heat exchange with the combustion exhaust gas.
請求項3及び5に係る燃料電池システムは、前記アノードオフガス再利用路へ送出する前記アノードオフガスと前記燃焼部へ送出する前記アノードオフガスとの分流比を前記燃料熱交換部から送出される燃料ガスの温度に基づいて制御する、アノードオフガス分流制御部、を備えている。 In the fuel cell system according to claims 3 and 5 , the fuel gas delivered from the fuel heat exchange section has a diversion ratio between the anode off gas delivered to the anode off gas reuse path and the anode off gas delivered to the combustion section. It is equipped with an anode off-gas diversion control unit, which controls based on the temperature of the fuel cell.
請求項3及び5に係る燃料電池システムによれば、アノードオフガス分流制御部により、燃料熱交換部から送出される燃料ガスの温度に基づいて、アノードオフガス再利用路と燃焼部へ送出するアノードオフガスの分流比を制御することにより、燃料熱交換部において燃料ガスを適切な温度に昇温することができる。 According to the fuel cell system according to claims 3 and 5 , the anode off gas flow control unit sends out the anode off gas to the anode off gas reuse path and the combustion unit based on the temperature of the fuel gas sent from the fuel heat exchange unit. By controlling the diversion ratio of the fuel gas, the fuel gas can be raised to an appropriate temperature in the fuel heat exchange unit.
請求項4に係る燃料電池システムは、前記燃料電池は、前記燃料ガスが供給されて発電する第1燃料電池と、前記第1燃料電池からのアノードオフガスが前記アノードオフガス再利用路経由で供給されて発電する第2燃料電池を含んでいる。 In the fuel cell system according to claim 4, the fuel cell is supplied with a first fuel cell to which the fuel gas is supplied to generate power, and an anode-off gas from the first fuel cell is supplied via the anode-off gas reuse path. Includes a second fuel cell that generates electricity.
請求項4に係る燃料電池システムによれば、第1燃料電池からのアノードオフガスを第2燃料電池で発電に再利用することにより、発電効率を高めることができる。 According to the fuel cell system according to claim 4 , the power generation efficiency can be improved by reusing the anode off gas from the first fuel cell for power generation in the second fuel cell.
請求項1及び6に係る燃料電池システムは、前記水蒸気供給部へ送出する前記カソードオフガスと前記燃焼部へ送出する前記カソードオフガスとの分流比を、前記水蒸気供給部へ供給される水の量に基づいて制御する、カソードオフガス分流制御部、を備えている。 In the fuel cell system according to claims 1 and 6 , the diversion ratio of the cathode off gas delivered to the steam supply unit and the cathode off gas delivered to the combustion unit is set to the amount of water supplied to the steam supply unit. It is provided with a cathode off gas diversion control unit, which is controlled based on the above.
請求項1及び6に係る燃料電池システムによれば、カソードオフガス分流制御部により、水蒸気供給部へ供給される水の量に基づいて、水蒸気供給部へ送出するカソードオフガスと燃焼部へ送出するカソードオフガスとの分流比を制御することにより、水蒸気供給部において水を適切に気化させることができる。 According to the fuel cell system according to claims 1 and 6 , the cathode off gas to be sent to the steam supply unit and the cathode to be sent to the combustion unit based on the amount of water supplied to the steam supply unit by the cathode off gas flow control unit. By controlling the diversion ratio with the off-gas, water can be appropriately vaporized in the steam supply unit.
Claims (8)
前記アノードオフガスの少なくとも一部を前記燃料電池での発電に供するアノードオフガス再利用路と、
前記アノードオフガス再利用路に設けられ、前記アノードオフガスと前記燃料極へ向かう燃料ガスとで熱交換を行う燃料熱交換部と、
前記カソードオフガスの少なくとも一部と水との熱交換により水を気化させ、気化した水蒸気を前記燃料極へ向かう燃料ガスと前記燃料熱交換部よりも上流側で合流させる、水蒸気供給部と、
を備えた燃料電池システム。 A fuel cell in which power is generated by the fuel gas of the fuel electrode and the oxidant gas of the air electrode, the anode off gas is discharged from the fuel electrode, and the cathode off gas is discharged from the air electrode.
An anode off-gas reuse path for using at least a part of the anode-off gas for power generation in the fuel cell, and an anode-off-gas reuse path.
A fuel heat exchange unit provided in the anode off-gas reuse path and exchanging heat between the anode off-gas and the fuel gas toward the fuel electrode.
A water vapor supply unit that vaporizes water by heat exchange between at least a part of the cathode off gas and water, and merges the vaporized water vapor with the fuel gas toward the fuel electrode on the upstream side of the fuel heat exchange unit.
Fuel cell system with.
を備えた、請求項1に記載の燃料電池システム。 A combustion unit in which at least a part of the anode off gas and a part of the cathode off gas are supplied to burn a combustible gas.
The fuel cell system according to claim 1.
を備えた請求項2に記載の燃料電池システム。 An air heat exchange unit that exchanges heat between the oxidant gas toward the air electrode and the combustion exhaust gas discharged from the combustion unit.
The fuel cell system according to claim 2.
を備えた、請求項3に記載の燃料電池システム。 An air preheating unit provided in the anode off-gas recycling path, which exchanges heat between the anode off-gas and the oxidant gas directed to the air electrode on the upstream side of the air heat exchange unit.
3. The fuel cell system according to claim 3.
を備えた請求項5に記載の燃料電池システム。 Anode off gas diversion control that controls the diversion ratio between the anode off gas delivered to the anode off gas reuse path and the anode off gas delivered to the combustion unit based on the temperature of the fuel gas delivered from the fuel heat exchange unit. Department,
The fuel cell system according to claim 5.
を備えた請求項2〜請求項7のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 A cathode off gas diversion control unit that controls the diversion ratio between the cathode off gas delivered to the steam supply unit and the cathode off gas delivered to the combustion unit based on the amount of water supplied to the steam supply unit.
The fuel cell system according to any one of claims 2 to 7.
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