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公開番号2024123569
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-12
出願番号2023031103
出願日2023-03-01
発明の名称燃料電池システム、水素生成装置
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類H01M 8/0662 20160101AFI20240905BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】脱硫器に対して脱硫剤の還元に必要とされる量の還元剤を供給可能な燃料電池システムおよび水素生成装置を提供する。
【解決手段】燃料電池システム1および水素生成装置は、改質用原料から燃料ガスを生成する改質器30と、改質用原料に含まれる硫黄成分を脱硫剤によって除去して改質器33へ供給する脱硫器32と、を備える。また、燃料電池システム1および水素生成装置は、酸化した脱硫剤を還元させる還元剤を脱硫器32へ供給する還元剤供給部と、改質器33への改質用原料の供給量および脱硫器32への還元剤の供給量を制御する制御部100と、を備える。そして、制御部100は、脱硫剤の還元に必要な還元剤の必要量を求め、還元剤の必要量に応じて脱硫器32への還元剤の供給量を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池システムであって、
水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（１０）と、
改質用原料から前記燃料ガスを生成して前記燃料電池へ供給する改質器（３３）と、
前記改質用原料に含まれる硫黄成分を脱硫剤によって除去して前記改質器へ供給する脱硫器（３２）と、
酸化した前記脱硫剤を還元させる還元剤を前記脱硫器へ供給する還元剤供給部（５０、５０Ａ、５１、５１Ａ）と、
前記改質器への前記改質用原料の供給量および前記脱硫器への前記還元剤の供給量を制御する制御部（１００）と、を備え、
前記制御部は、前記脱硫剤の還元に必要な前記還元剤の必要量を求め、前記還元剤の必要量に応じて前記脱硫器への前記還元剤の供給量を制御する、燃料電池システム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記燃料電池の運転の停止時間、前記脱硫器の温度、前記脱硫器内の酸素濃度の少なくとも１つに基づいて、前記還元剤の必要量を求める、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記還元剤供給部は、前記改質器で生成された前記燃料ガスの一部を前記還元剤として前記脱硫器へと導くガス循環流路（５０）、前記ガス循環流路を流れる前記燃料ガスの流量を調整する流量調整部（５１）を含み、
前記制御部は、前記還元剤の必要量に応じて前記脱硫器への前記還元剤の供給量を前記流量調整部によって制御しつつ、前記燃料ガスの必要量が確保されるように前記改質用原料の供給量を制御する、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記脱硫器の下流側を流れる前記改質用原料または前記燃料ガスの流量に相関性を有する物理量を検出する物理量検出部（１１０）を備え、
前記制御部は、前記物理量検出部の検出結果を用いて、前記燃料ガスの必要量が確保されるように前記改質用原料の供給量を制御する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記物理量検出部は、前記燃料電池の電圧を検出する電圧検出部（１１０）を含み、
前記制御部は、前記燃料電池の電圧が所定の基準電圧以上に維持されるように、前記改質用原料の供給量を制御する、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記脱硫器へ前記還元剤を供給した際の前記電圧検出部の検出電圧を、前記脱硫剤が酸化していない場合に想定される前記燃料電池の電圧と比較して、両者の差に基づいて、前記脱硫剤の還元の要否を判断する、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記ガス循環流路には、前記ガス循環流路を流れる前記燃料ガスに含まれる水蒸気を凝縮させて回収する凝縮部（５２）が設けられている、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池を通過した燃料オフガスの一部を前記改質器の上流側へ戻すリサイクル部（７０）を備え、
前記リサイクル部は、前記改質器の上流にある前記改質用原料を駆動流として前記燃料オフガスの一部を吸引するエジェクタ（７２）を含んで構成されている、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御部は、前記脱硫器への前記還元剤の供給量の総量が前記還元剤の必要量以上となると、前記脱硫剤の還元のための前記改質用原料の供給量の増加分を減少させる、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置であって、
改質用原料から前記燃料ガスを生成する改質器（３０）と、
前記改質用原料に含まれる硫黄成分を脱硫剤によって除去して前記改質器へ供給する脱硫器（３２）と、
酸化した前記脱硫剤を還元させる還元剤を前記脱硫器へ供給する還元剤供給部（５０、５１）と、
前記改質器への前記改質用原料の供給量および前記脱硫器への前記還元剤の供給量を制御する制御部（１００）と、を備え、
前記制御部は、前記脱硫剤の還元に必要な前記還元剤の必要量を求め、前記還元剤の必要量に応じて前記脱硫器への前記還元剤の供給量を制御する、水素生成装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池システム、水素生成装置に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムにおいて、起動時に燃焼部の吹き消え状態が検出されると、改質用原料を増加させて、脱硫器への還元剤の供給量を増やすことで、酸化した脱硫剤の還元を促進して再起動させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－１１９１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の燃料電池システムは、脱硫剤の還元に必要な還元剤の必要量が定量的に把握されていないので、脱硫器へ供給する還元剤の過不足が生じる虞がある。例えば、脱硫剤を還元させるために改質用原料を増加させる場合に、脱硫器への還元剤の供給が少ないと、燃料電池への燃料ガスの供給量が過剰となることで、燃料電池システムの効率が低下する。また、脱硫器への還元剤の供給が多いと、燃料電池への燃料ガスの供給量が不足することで、バーナの失火等が生じてしまう。このことは、燃料電池システムに限らず、水素生成装置においても生じ得る。これらは、本発明者らの鋭意検討の末に見い出された。
【０００５】
本開示は、脱硫器に対して脱硫剤の還元に必要とされる量の還元剤を供給可能な燃料電池システムおよび水素生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、
燃料電池システムであって、
水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（１０）と、
改質用原料から燃料ガスを生成して燃料電池へ供給する改質器（３３）と、
改質用原料に含まれる硫黄成分を脱硫剤によって除去して改質器へ供給する脱硫器（３２）と、
酸化した脱硫剤を還元させる還元剤を脱硫器へ供給する還元剤供給部（５０、５０Ａ、５１、５１Ａ）と、
改質器への改質用原料の供給量および脱硫器への還元剤の供給量を制御する制御部（１００）と、を備え、
制御部は、脱硫剤の還元に必要な還元剤の必要量を求め、還元剤の必要量に応じて脱硫器への前記還元剤の供給量を制御する。
【０００７】
請求項１０に記載の発明は、
水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置であって、
改質用原料から燃料ガスを生成する改質器（３０）と、
改質用原料に含まれる硫黄成分を脱硫剤によって除去して改質器へ供給する脱硫器（３２）と、
酸化した脱硫剤を還元させる還元剤を脱硫器へ供給する還元剤供給部（５０、５０Ａ、５１、５１Ａ）と、
改質器への改質用原料の供給量および脱硫器への還元剤の供給量を制御する制御部（１００）と、を備え、
制御部は、脱硫剤の還元に必要な還元剤の必要量を求め、還元剤の必要量に応じて脱硫器への還元剤の供給量を制御する。
【０００８】
これによると、脱硫剤の還元に必要な還元剤の必要量を定量的に求めた上で、当該還元剤の必要量に応じて脱硫器への還元剤の供給量を制御するので、脱硫器に対して脱硫剤の還元に必要とされる量の還元剤を適切に供給することができる。
【０００９】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
燃料電池システムの制御部が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。
第１実施形態の燃料電池システムにおける脱硫剤の還元の有無と燃料電池の電圧との関係を説明するための説明図であえる。
脱硫剤の還元に必要な還元剤の必要量の求め方を説明するための説明図である。
ガス循環流路を流れる燃料ガスの流量の求め方を説明するための説明図である。
第２実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
第２実施形態の燃料電池システムにおける脱硫剤の還元の有無と燃料電池の電圧との関係を説明するための説明図であえる。
第３実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
第３実施形態の燃料電池システムにおける脱硫剤の還元の有無と燃料電池の電圧との関係を説明するための説明図であえる。
第４実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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