JP5874523B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
前記改質器により生成される改質ガスと酸化剤との電気化学反応によって電気エネルギを発生させる燃料電池素子を少なくとも1つ以上備える燃料電池モジュール(90)と、
前記燃料ガスを前記燃料電池モジュール側に供給するための燃料ガス流路(10)と、
前記電気化学反応に利用されなく、かつ前記燃料電池モジュールから排出される未利用燃料に含まれる水蒸気を凝縮して凝縮水を回収する凝縮器(100)と、
前記凝縮器により前記水蒸気が回収された未利用燃料を前記燃料ガス流路側に戻すためのリサイクル燃料流路(30)と、
前記燃料ガス流路中に設けられ、前記燃料ガスを噴射するノズル部(71)と、前記ノズル部から噴射される燃料ガス流によって前記リサイクル燃料流路側から前記未利用燃料を吸引する吸引口(72)とを備え、前記ノズル部から噴射される燃料ガスと前記吸引口から吸引される未利用燃料とを混合して前記燃料電池モジュールの入口側に吐出するエジェクタ(70)と、
前記燃料ガス流路のうち前記ノズル部に対して前記燃料ガスの流れ上流側に前記凝縮器で回収された凝縮水を供給する水経路(50)と、
前記水経路から前記燃料ガス流路に供給される水量を調整するポンプ(120)と、
前記燃料電池モジュールから排出される未利用燃料の質量流量を検出する第1検出手段(151)と、
前記リサイクル燃料流路を通過する未利用燃料の質量流量を検出する第2検出手段(152)と、
前記ポンプを制御して、前記第1検出手段の検出値に対する前記第2検出手段の検出値の比率である循環率を目標値に近づけるように前記水経路から前記燃料ガス流路側に供給される水量を調整する制御手段(S120〜S160)と、を備えることを特徴とする。
(カソード)1/2O2+2e−→O2-
(アノード)H2+O2-→H2O++2e−
このような電気化学反応によりアノード側では、水蒸気が生成する。この水蒸気を含む未利用燃料が複数の燃料電池素子のアノードから排出流路20に流れ込む。この流れ込んだ未利用燃料のうち一部の未利用燃料は、リサイクル燃料流路30に流れ込む。
(水供給量制御処理)
電子制御装置160は、図4のフローチャートにしたがって、水供給量制御処理を実行する。
電子制御装置160は、図5のフローチャートにしたがって、インバータ制御処理を実行する。
上記実施形態では、本発明の燃料電池システムとして設置型の燃料電池システム1について説明したが、これに代えて、本発明の燃料電池システムを車両搭載型の燃料電池システム1としてもよい。
10 燃料ガス流路
20 排出流路
30 リサイクル燃料流路
40 酸化剤流路
50 水経路
60 ブロア
70 エジェクタ
80 改質器
90 燃料電池モジュール
100 凝縮器
110 ポンプ
120 ポンプ
140 燃焼室
150 電子制御装置
151 流量センサ
152 流量センサ
153 残水量センサ
Claims (10)
- 燃料ガスから改質ガスを生成する改質器(80)と、
前記改質器により生成される改質ガスと酸化剤との電気化学反応によって電気エネルギを発生させる燃料電池素子を少なくとも1つ以上備える燃料電池モジュール(90)と、
前記燃料ガスを前記燃料電池モジュール側に供給するための燃料ガス流路(10)と、
前記電気化学反応に利用されなく、かつ前記燃料電池モジュールから排出される未利用燃料に含まれる水蒸気を凝縮して凝縮水を回収する凝縮器(100)と、
前記凝縮器により前記水蒸気が回収された未利用燃料を前記燃料ガス流路側に戻すためのリサイクル燃料流路(30)と、
前記燃料ガス流路中に設けられ、前記燃料ガスを噴射するノズル部(71)と、前記ノズル部から噴射される燃料ガス流によって前記リサイクル燃料流路側から前記未利用燃料を吸引する吸引口(72)とを備え、前記ノズル部から噴射される燃料ガスと前記吸引口から吸引される未利用燃料とを混合して前記燃料電池モジュールの入口側に吐出するエジェクタ(70)と、
前記燃料ガス流路のうち前記ノズル部に対して前記燃料ガスの流れ上流側に前記凝縮器で回収された凝縮水を供給する水経路(50)と、
前記水経路から前記燃料ガス流路に供給される水量を調整するポンプ(120)と、
前記燃料電池モジュールから排出される未利用燃料の質量流量を検出する第1検出手段(151)と、
前記リサイクル燃料流路を通過する未利用燃料の質量流量を検出する第2検出手段(152)と、
前記ポンプを制御して、前記第1検出手段の検出値に対する前記第2検出手段の検出値の比率である循環率を目標値に近づけるように前記水経路から前記燃料ガス流路側に供給される水量を調整する制御手段(S120〜S160)と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記制御手段は、前記ポンプを制御して、前記改質器に供給される水蒸気と前記燃料ガスに基づくカーボンのモル流量比であるスチームカーボン比が予め設定された値以上になるように前記燃料ガス流路側に供給される水量を調整するものであり、
前記予め設定された値は、前記改質器および前記燃料電池素子にてカーボン析出が生じることを避けるように設定された値であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池モジュールの排出口から排出される未利用燃料を排出口(41)側に流す排出流路(20)を備え、
前記排出流路に流れる未利用燃料の一部が前記燃料ガス流路側に流れるように前記リサイクル燃料流路が前記排出流路に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。 - 前記凝縮器は、前記リサイクル燃料流路に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。
- 前記凝縮器は、前記排出流路のうち前記リサイクル燃料流路が接続される分岐箇所(21)と前記燃料電池モジュールとの間に接続されていることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。
- 前記エジェクタのノズル部の入口側に流れる前記燃料ガスの流れを発生させるブロア(60)と、
前記燃料電池モジュールで定格発電を実施するように前記ブロアによって前記エジェクタのノズル部の入口側に供給される前記燃料ガスの質量流量を制御する定格発電制御手段(150)と、を備え、
前記定格発電制御手段が前記燃料電池モジュールで定格発電を実施するように前記ブロアを制御する際に、前記リサイクル燃料流路に流れるリサイクル燃料に含まれる水蒸気量が前記改質器の触媒の改質反応に必要な水蒸気量を越えるように前記循環率が設定されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の燃料電池システム。 - 前記循環率は、60%以上に設定されていることを特徴とする請求項6に記載の燃料電池システム。
- 前記凝縮器は、前記未利用燃料に含まれる水蒸気を前記酸化剤によって冷却して凝縮することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
- 前記凝縮器は、前記未利用燃料に含まれる水蒸気を水によって冷却して凝縮することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
- 前記エジェクタは、前記燃料ガス流路のうち前記改質器に対して前記燃料ガスの流れの上流側に配置されていることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
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