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公開番号2024158053
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-08
出願番号2023072893
出願日2023-04-27
発明の名称燃料電池システム
出願人本田技研工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 8/04694 20160101AFI20241031BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ガス燃料と液体燃料の双方を発電に用いて、一方の燃料停止時にも他方の燃料に切り替えて発電を継続する。
【解決手段】燃料電池システム100は、固体酸化物形燃料電池11と、固体酸化物形燃料電池に供給される燃料を、水蒸気存在下で改質する改質器12と、改質器12に接続される蒸発器13と、蒸発器13を介して改質器12に水と燃料とを供給する供給部15,15a,16,21,22,24,25,27,28とを備える。燃料は、炭化水素からなるガス燃料とアルコールからなる液体燃料とを含む。供給部は、改質器12に供給する燃料を、ガス燃料と液体燃料との間で切り替える切替部15a,24を有する。改質器12は、供給部によりガス燃料が供給されると、供給されたガス燃料を水蒸気改質し、供給部により液体燃料が供給されると、供給された液体燃料をオートサーマル改質するように構成される。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
固体酸化物形燃料電池と、
前記固体酸化物形燃料電池に供給される燃料を、水蒸気存在下で改質する改質器と、
前記改質器に接続される蒸発器と、
前記蒸発器を介して前記改質器に水と燃料とを供給する供給部と、を備え、
前記燃料は、炭化水素からなるガス燃料とアルコールからなる液体燃料とを含み、
前記供給部は、前記改質器に供給する燃料を、前記ガス燃料と前記液体燃料との間で切り替える切替部を有し、
前記改質器は、前記供給部により前記ガス燃料が供給されると、供給された前記ガス燃料を水蒸気改質し、前記供給部により前記液体燃料が供給されると、供給された前記液体燃料をオートサーマル改質するように構成されることを特徴とする燃料電池システム。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記供給部は、液体流路とガス流路とをさらに有し、前記切替部により前記改質器に供給する燃料を前記ガス燃料から前記液体燃料に切り替えるとき、前記液体燃料を前記液体流路に供給し、前記ガス流路を流れるガスの圧力が所定圧力以上になると、オートサーマル改質用の空気を前記ガス燃料とともに前記ガス流路に供給し、前記改質器の温度が所定温度以上になると、前記ガス燃料の供給を停止することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記供給部は、前記切替部により前記改質器に供給する燃料を前記ガス燃料から前記液体燃料に切り替えるとき、前記液体燃料に含まれる炭素の物質量に対する前記水の物質量の比が１．５以上、かつ、２．５以下となるように前記液体燃料を供給し、前記液体燃料に含まれる炭素の物質量に対する前記オートサーマル改質用の空気に含まれる酸素の物質量の比が０．３以上、かつ、０．５５以下となるように前記オートサーマル改質用の空気を供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記供給部は、液体流路とガス流路とをさらに有し、前記切替部により前記改質器に供給する燃料を前記液体燃料から前記ガス燃料に切り替えるとき、前記液体流路に供給する前記水を増量し、前記ガス流路を流れるガスの圧力が所定圧力以上になると、前記ガス燃料を前記ガス流路に供給し、前記改質器の温度が所定温度以上になると、前記液体燃料の供給を停止することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記供給部は、前記切替部により前記改質器に供給する燃料を前記液体燃料から前記ガス燃料に切り替えるとき、前記ガス燃料に含まれる炭素の物質量に対する前記水の物質量の比が２．５以上、かつ、３．５以下となるように前記水を増量し、前記ガス燃料の物質量が前記液体燃料の物質量以下となるように前記ガス燃料を供給することを特徴とする燃料電池システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来より、固体酸化物形燃料電池にガス燃料を供給して発電を行うようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の装置では、炭化水素を主成分とする都市ガスを改質器で改質して燃料電池スタックに供給する一方、改質器の温度が改質可能温度未満のときは、改質器に代えて起動用燃焼器に都市ガスを供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－１５４０６７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、固体酸化物形燃料電池には、都市ガス等のガス燃料以外にも、バイオアルコール等の液体燃料を用いることができる。したがって、エネルギーを効率利用するという観点から、ガス燃料と液体燃料の双方を発電に用いることができるように燃料電池システムを構成することが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様である燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池と、固体酸化物形燃料電池に供給される燃料を、水蒸気存在下で改質する改質器と、改質器に接続される蒸発器と、蒸発器を介して改質器に水と燃料とを供給する供給部と、を備える。燃料は、炭化水素からなるガス燃料とアルコールからなる液体燃料とを含む。供給部は、改質器に供給する燃料を、ガス燃料と液体燃料との間で切り替える切替部を有する。改質器は、供給部によりガス燃料が供給されると、供給されたガス燃料を水蒸気改質し、供給部により液体燃料が供給されると、供給された液体燃料をオートサーマル改質するように構成される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ガス燃料と液体燃料の双方を発電に用いることができ、一方の燃料停止時にも他方の燃料に切り替えて発電を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の実施形態に係る燃料電池システムが有する燃料電池モジュールの構成の一例を示すブロック図。
本発明の実施形態に係る燃料電池システムが有する燃料電池モジュールの構成の別の例を示すブロック図。
図１Ａおよび図１Ｂの蒸発器の内部構成の一例を概略的に示す図。
本発明の実施形態に係る燃料電池システムの制御構成の一例を示すブロック図。
本発明の実施形態に係る燃料電池システムの制御構成の別の例を示すブロック図。
本発明の実施形態に係る燃料電池システムにより実行される、ガス燃料から液体燃料への切替処理の一例を示すフローチャート。
ガス燃料から液体燃料への切替処理について説明するためのタイムチャート。
改質器の温度およびガス流路の圧力の適正範囲について説明するための図。
本発明の実施形態に係る燃料電池システムにより実行される、液体燃料からガス燃料への切替処理の一例を示すフローチャート。
液体燃料からガス燃料への切替処理について説明するためのタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図１Ａ～図８を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell））を用いて、電気化学反応により発電を行う。ＳＯＦＣの発電セルは、固体電解質膜と電極の接合体（ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly））とＭＥＡを挟持するセパレータとを有し、セパレータと電極との間の流路を介して供給された燃料のエネルギーを電気化学反応により直接電気エネルギーに変換する。より具体的には、酸素を含む酸化剤ガスが供給されるカソード電極では、外部回路からの電子を受け取って酸素分子がイオン化され、電解質膜を通ってアノード電極側へと移動する。水素を含む燃料ガスが供給されるアノード電極では、カソード電極からの酸化物イオンと水素が反応して水蒸気が生成され、電子が外部回路に放出される。
【０００９】
酸化剤ガスとしては、酸素ガスや、酸素を含む空気等を用いることができる。燃料ガスとしては、水素ガスや、メタンを主成分とする都市ガス等のガス燃料やバイオアルコール等の液体燃料を改質して得られる、水素を含有する混合ガス等を用いることができる。そこで、本実施形態では、ガス燃料と液体燃料の双方を改質して得た燃料ガスを発電に用いて、一方の燃料停止時にも他方の燃料に切り替えて発電を継続することができるよう、以下のように燃料電池システムを構成する。
【００１０】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１００が有する燃料電池モジュール１０の構成の一例を示すブロック図である。図１Ａに示すように、燃料電池モジュール１０は、燃料電池スタック１１と、改質器１２と、蒸発器１３と、水ポンプ１４と、ガス燃料ポンプ１５と、空気ポンプ１６と、空気予熱器１７と、オフガス燃焼器１８と、起動用燃焼器１９と、排気触媒２０とを備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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