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公開番号2025037430
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-18
出願番号2023144362
出願日2023-09-06
発明の名称固体酸化物形燃料電池システム
出願人大阪瓦斯株式会社
代理人弁理士法人R&C
主分類H01M 8/04664 20160101AFI20250311BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】改質部において原燃料の改質が適切に行われているか否かを判定できる固体酸化物形燃料電池システムを提供する。
【解決手段】改質用水を気化させて水蒸気を生成する気化部5と、原燃料を気化部5で生成した水蒸気を用いて水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部6と、改質部6で生成された燃料ガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池セル8が複数積層されたセルスタック9とを備える固体酸化物形燃料電池システムであって、セルスタック9の発電電圧を測定する電圧測定部29を備え、運転制御部26は、電圧測定部29が所定の基準測定条件下で測定する発電電圧が基準発電電圧以上である場合、気化部5に供給される改質用水が目標水量よりも少ない水不足状態、及び、改質部6に供給される原燃料が目標原燃料量よりも少ない原燃料不足状態、の少なくとも一方が発生していると判定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水タンクから改質用水供給路を介して供給される改質用水を気化させて水蒸気を生成する気化部と、前記改質用水供給路に所定の目標水量の前記改質用水を流す改質用水供給部と、原燃料供給路を介して供給される原燃料を、前記気化部で生成した水蒸気を用いて水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、前記原燃料供給路に所定の目標原燃料量の前記原燃料を流す原燃料供給部と、前記改質部で生成された前記燃料ガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池セルが複数積層されたセルスタックと、運転を制御する運転制御部とを備える固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記セルスタックの発電電圧を測定する電圧測定部を備え、
前記運転制御部は、前記電圧測定部が所定の基準測定条件の下で測定する前記発電電圧が基準発電電圧以上である場合、前記気化部に供給される前記改質用水が前記目標水量よりも少ない水不足状態、及び、前記改質部に供給される前記原燃料が前記目標原燃料量よりも少ない原燃料不足状態、の少なくとも一方が発生していると判定する固体酸化物形燃料電池システム。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記改質用水供給部は、前記目標水量に応じて定まる目標出力で動作して前記改質用水供給路に前記改質用水を流す改質用水ポンプを備え、
前記原燃料供給部は、前記原燃料供給路を流れる前記原燃料の単位時間当たりの流量を測定する原燃料流量計と、前記原燃料流量計で測定される前記原燃料の単位時間当たりの流量が前記目標原燃料量になるように前記原燃料供給路に前記原燃料を流す原燃料ポンプとを備え、
前記運転制御部は、前記電圧測定部が前記基準測定条件の下で測定する前記発電電圧が前記基準発電電圧以上であり、且つ、前記原燃料流量計で測定される前記原燃料の流量が前記目標原燃料量から所定範囲内にある場合、前記水不足状態が発生していると判定する請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３】
前記運転制御部は、前記水不足状態が発生していると判定し、且つ、前記改質用水ポンプが前記目標出力で動作していると想定される場合、前記改質用水ポンプと前記気化部との間の前記改質用水供給路で前記改質用水が漏洩していることにより前記水不足状態が発生していると判定する請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項４】
前記改質用水ポンプと前記気化部との間の前記改質用水供給路に、前記気化部に供給される前記改質用水の有無を測定する水検知センサを備え、
前記運転制御部は、前記水不足状態が発生していると判定し、且つ、前記改質用水ポンプが前記目標出力で動作していると想定され、且つ、前記水検知センサが前記改質用水が有ると判定している場合、前記水検知センサと前記気化部との間の前記改質用水供給路で前記改質用水が漏洩していることにより前記水不足状態が発生していると判定する請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項５】
前記運転制御部は、前記改質用水が漏洩していることにより前記水不足状態が発生していると判定した場合、前記セルスタックの発電運転を停止させる請求項３又は４に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項６】
前記基準測定条件は、前記目標水量及び前記目標原燃料量が所定期間一定であることである請求項１～４の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項７】
前記基準発電電圧は経時的に低下する値に設定される請求項１～４の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。

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システムに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特許第５４３８４２０号公報）には、供給される炭化水素を含む原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、改質部で生成された燃料ガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池セルが複数積層されたセルスタックとを備える固体酸化物形燃料電池システムが記載されている。この固体酸化物形燃料電池システムでは、改質部に供給される原燃料の量と水蒸気の量とが目標量になるように、原燃料の供給量と水蒸気の供給量とが調節されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第５４３８４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固体酸化物形燃料電池システムでは、改質部に供給される水蒸気が目標量に対して不足する、或いは、改質部に供給される原燃料が目標量に対して不足すると、原燃料の改質が不十分な状態で燃料電池セルのアノードに燃料が供給されることになる。そして、原燃料の改質が不十分な状態で動作すると、原燃料に含まれる炭化水素の分解が起こり、アノードにおいて炭素が析出しセルスタックが故障する可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、改質部において原燃料の改質が適切に行われているか否かを判定できる固体酸化物形燃料電池システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムの特徴構成は、水タンクから改質用水供給路を介して供給される改質用水を気化させて水蒸気を生成する気化部と、前記改質用水供給路に所定の目標水量の前記改質用水を流す改質用水供給部と、原燃料供給路を介して供給される原燃料を、前記気化部で生成した水蒸気を用いて水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、前記原燃料供給路に所定の目標原燃料量の前記原燃料を流す原燃料供給部と、前記改質部で生成された前記燃料ガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池セルが複数積層されたセルスタックと、運転を制御する運転制御部とを備える固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記セルスタックの発電電圧を測定する電圧測定部を備え、
前記運転制御部は、前記電圧測定部が所定の基準測定条件の下で測定する前記発電電圧が基準発電電圧以上である場合、前記気化部に供給される前記改質用水が前記目標水量よりも少ない水不足状態、及び、前記改質部に供給される前記原燃料が前記目標原燃料量よりも少ない原燃料不足状態、の少なくとも一方が発生していると判定する点にある。
【０００７】
上記特徴構成によれば、運転制御部は、電圧測定部が測定する発電電圧が基準発電電圧以上である場合、気化部に供給される改質用水が目標水量よりも少ない水不足状態、及び、改質部に供給される原燃料が目標原燃料量よりも少ない原燃料不足状態、の少なくとも一方が発生していると判定できる。
従って、改質部において原燃料の改質が適切に行われているか否かを判定できる固体酸化物形燃料電池システムを提供できる。
【０００８】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムの別の特徴構成は、前記改質用水供給部は、前記目標水量に応じて定まる目標出力で動作して前記改質用水供給路に前記改質用水を流す改質用水ポンプを備え、
前記原燃料供給部は、前記原燃料供給路を流れる前記原燃料の単位時間当たりの流量を測定する原燃料流量計と、前記原燃料流量計で測定される前記原燃料の単位時間当たりの流量が前記目標原燃料量になるように前記原燃料供給路に前記原燃料を流す原燃料ポンプとを備え、
前記運転制御部は、前記電圧測定部が前記基準測定条件の下で測定する前記発電電圧が前記基準発電電圧以上であり、且つ、前記原燃料流量計で測定される前記原燃料の流量が前記目標原燃料量から所定範囲内にある場合、前記水不足状態が発生していると判定する点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、原燃料流量計で測定される原燃料の流量が目標原燃料量から所定範囲内にある場合、即ち、原燃料不足状態が発生していない場合、水不足状態が発生していることにより、電圧測定部が測定する発電電圧が基準発電電圧以上になっていると判定できる。
【００１０】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムの別の特徴構成は、前記運転制御部は、前記水不足状態が発生していると判定し、且つ、前記改質用水ポンプが前記目標出力で動作していると想定される場合、前記改質用水ポンプと前記気化部との間の前記改質用水供給路で前記改質用水が漏洩していることにより前記水不足状態が発生していると判定する点にある。
（【００１１】以降は省略されています）

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