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公開番号2024126036
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-20
出願番号2023034156
出願日2023-03-07
発明の名称燃料電池システム
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 8/04014 20160101AFI20240912BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】改質ガスの生成に必要な高温状態を維持しつつ、高温の熱を必要とする熱利用設備に対して、燃料電池スタックの排ガスが持つ熱を供給できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】改質反応させて水素を含む改質ガスを生成する改質器20と、改質ガスと空気が供給されて直流電力を出力する燃料電池本体2と、アノード排ガスとカソード排ガスとを燃焼させ、改質器20に改質ガス生成に必要な熱を与える燃焼器21と、一端が燃料極2bに、他端が改質器20に接続され、アノード排ガスを循環させるリサイクルガス流路60と、リサイクルガス流路60から分岐され、燃焼器21に接続されるアノード排ガス分岐流路61と、一端が空気極2aに接続され、第1熱利用設備41にカソード排ガスの持つ熱を与える第1熱交換器31を経由して他端が燃焼器21に接続されるカソード排ガス流路62とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
炭化水素を含む原燃料と水蒸気とを改質反応させて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器から前記改質ガスが送られる燃料極及び空気供給源から空気が送られる空気極を有する燃料電池スタックにより直流電力を出力する燃料電池本体と、
前記燃料極から排出されたアノード排ガスと前記空気極から排出されたカソード排ガスとを燃焼させ、前記改質器に前記改質ガスの生成に必要な熱を与える燃焼器と、
一端が前記燃料極に、他端が前記改質器に接続され、前記アノード排ガスを循環させるリサイクルガス流路と、
前記リサイクルガス流路から分岐され、前記燃焼器に接続されるアノード排ガス分岐流路と、
一端が前記空気極に接続され、第１熱利用設備に前記カソード排ガスの持つ熱を与える第１熱交換器を経由して他端が前記燃焼器に接続されるカソード排ガス流路と、
を備える燃料電池システム。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記燃料電池本体の発電出力を低下させて、前記アノード排ガス分岐流路に供給する水素の量を増大させる請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記空気極への前記空気の流量、前記改質器への前記原燃料の流量、前記改質器への前記水蒸気の流量、前記リサイクルガス流路への前記アノード排ガスの流量、及び前記アノード排ガス分岐流路への前記アノード排ガスの流量の少なくともいずれかを調整して、前記発電出力を低下させる請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池本体は複数の前記燃料電池スタックを備え、前記空気極への前記空気及び前記燃料極への前記改質ガスの少なくともいずれかの供給を停止するか流量を減少させるかを、前記燃料電池スタック毎又は２以上の前記燃料電池スタック毎に制御して、前記発電出力を低下させる請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記カソード排ガス流路は、前記カソード排ガスの流量を変化させるカソード排ガス流量調整弁を備え、前記カソード排ガス流量調整弁により前記第１熱利用設備へ供給する熱量を調整する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記アノード排ガス分岐流路は、前記アノード排ガスに含まれる二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置を備える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記リサイクルガス流路は、前記アノード排ガスを冷却して前記アノード排ガス中に含まれる水分を回収する凝縮器を備え、前記凝縮器を介して前記アノード排ガスから回収した熱を、第２熱利用設備に与える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池本体で発電した電力で動作するヒートポンプを備え、前記凝縮器を介して前記アノード排ガスから回収した熱を、前記ヒートポンプにより昇温して前記第１熱利用設備に与える請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
原燃料流路を流れる前記原燃料に工場の排熱を与える第２熱交換器、及び前記アノード排ガス分岐流路を流れる前記アノード排ガスに前記排熱を与える第３熱交換器の少なくともいずれか１つを備える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池本体で発電した電力で動作する電気ボイラを備え、前記第１熱利用設備に熱を与える請求項１に記載の燃料電池システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池システムに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料極と空気極の間に電解質を挟んで構成した単セルを積層した燃料電池スタックを備える燃料電池本体に水素と酸素を送り発電させる電池システムである。燃料電池スタックは、例えば炭化水素系の原燃料を改質した水素を含む改質ガスと空気より得た酸素を、電解質を介して隔てた状態で電気化学反応を生じさせることで発電する。この反応において排出される排ガスを有効利用する例もある。
【０００３】
例えば特許文献１では、ＳＯＦＣ（ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）、ＭＣＦＣ（Ｍｏｌｔｅｎ－ＣａｒｂｏｎａｔｅＦｕｅｌＣｅｌｌｓ）等の高温作動型燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックの排ガスを燃焼させ、その燃焼排ガスを例えば一般家庭や中小規模の飲食店等の小規模設備の廃棄物を処理する減容処理装置に導くことで、生ごみ等の乾燥、減容に利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００６－２７８１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の燃料電池システムにおいて、改質ガス生成に必要な高温状態を維持するために燃料電池スタックの排ガスを使用すると、例えば工場の熱風乾燥炉等の高温を必要とする熱利用設備に熱を供給できないという課題があった。
【０００６】
本開示は上記のような課題を解決するためになされたものであり、改質ガスの生成に必要な高温状態を維持しつつ、燃料電池スタックの排ガスが持つ熱を燃料電池システム系外へ供給可能とする燃料電池システム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】
【０００７】
本開示に係る燃料電池システムは、炭化水素を含む原燃料と水蒸気とを改質反応させて水素を含む改質ガスを生成する改質器と、改質器から改質ガスが送られる燃料極及び空気供給源から空気が送られる空気極を有する燃料電池スタックにより直流電力を出力する燃料電池本体と、燃料極から排出されたアノード排ガスと空気極から排出されたカソード排ガスとを燃焼させ、改質器に改質ガス生成に必要な熱を与える燃焼器と、一端が燃料極に、他端が改質器に接続され、アノード排ガスを循環させるリサイクルガス流路と、リサイクルガス流路から分岐され、燃焼器に接続されるアノード排ガス分岐流路と、一端が空気極に接続され、第１熱利用設備にカソード排ガスの持つ熱を与える第１熱交換器を経由して他端が燃焼器に接続されるカソード排ガス流路と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の燃料電池システムによれば、改質ガスの生成に必要な高温状態を維持しつつ、高温の熱を必要とする熱利用設備に対して、燃料電池スタックの排ガスが持つ熱を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施の形態１に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
実施の形態１に係る燃料電池スタックの変形例を示すブロック図である。
実施の形態２に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
実施の形態３に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
実施の形態４に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
実施の形態５に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
実施の形態６に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
実施の形態１について図１を用いて詳細に説明する。図１に示すように燃料電池システム１は、燃料電池スタック３で構成された燃料電池本体２、原燃料から改質ガスを生成する改質器２０、改質器２０に熱を与える燃焼器２１、例えば熱風乾燥炉等の高温を必要とする第１熱利用設備４１の熱媒に熱を与える第１熱交換器３１、燃料電池本体２と改質器２０とを連通するリサイクルガス流路６０、リサイクルガス流路６０から分岐されて燃焼器２１に接続されるアノード排ガス分岐流路６１、及び燃料電池本体２と燃焼器２１とを連通するカソード排ガス流路６２を備える。ここで、図１中の矢印はガス又は液体の流れを示す。
（【００１１】以降は省略されています）

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