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公開番号2025073161
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-13
出願番号2023183680
出願日2023-10-26
発明の名称燃料電池システム
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人ぱるも特許事務所
主分類H01M 8/0668 20160101AFI20250502BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料極排ガスに含まれる二酸化炭素を濃縮してリサイクル率を向上させた燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池1と二酸化炭素回収部2とを有する燃料電池システム100であって、燃料電池は、空気極13および燃料極15を有するスタック11と、ミキサ17と、改質器12と、燃焼器18と、燃料供給経路L2と、空気極排ガス経路L3と、燃料極排ガス経路L4とを備えており、二酸化炭素回収部は、第1二酸化炭素分離部23と第2二酸化炭素分離部25と、第1二酸化炭素分離部で分離された水素リッチガスを燃料供給経路に送る第1水素回収経路L8と、第2二酸化炭素分離部で分離された水素リッチガスを燃焼器に送る第2水素回収経路L9とを備えており、燃料極排ガス経路は、ミキサに接続された燃料極排ガスリサイクル経路L6と第1二酸化炭素分離部に接続された二酸化炭素回収経路L7とに分岐されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池と、前記燃料電池から排出される燃料極排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部とを有する燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、電解質を挟んで対向配置された空気極および燃料極を有するスタックと、原料に水蒸気および前記燃料極から排出された前記燃料極排ガスを混合するミキサと、前記ミキサで前記水蒸気および前記燃料極排ガスが混合された前記原料を改質して燃料を生成する改質器と、前記改質器の内部に設けられた改質触媒を高温に保持する燃焼器と、前記燃料を前記燃料極に送る燃料供給経路と、前記空気極から排出される空気極排ガスを前記燃焼器に送る空気極排ガス経路と、前記燃料極排ガスが流れる燃料極排ガス経路とを備えており、
前記二酸化炭素回収部は、前記燃料極排ガスから二酸化炭素と水素リッチガスとに分離する第１二酸化炭素分離部と、前記第１二酸化炭素分離部の下流に設けられた第２二酸化炭素分離部と、前記第１二酸化炭素分離部で分離された水素リッチガスを前記燃料供給経路に送る第１水素回収経路と、前記第２二酸化炭素分離部で分離された水素リッチガスを前記燃焼器に送る第２水素回収経路とを備えており、
前記燃料極排ガス経路は、前記ミキサに接続された燃料極排ガスリサイクル経路と前記第１二酸化炭素分離部に接続された二酸化炭素回収経路とに分岐されていることを特徴とする燃料電池システム。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記第１水素回収経路から分岐された、前記水素リッチガスを前記燃焼器に送る第３水素回収経路をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
燃料電池と、前記燃料電池から排出される燃料極排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部とを有する燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、電解質を挟んで対向配置された空気極および燃料極を有するスタックと、前記二酸化炭素回収部から送られてくる水素リッチガスを高圧流体として原料および前記燃料極排ガスを吸引して前記原料に前記水素リッチガス、水蒸気および前記燃料極排ガスを混合するエジェクタと、前記エジェクタで前記水素リッチガス、前記水蒸気および前記燃料極排ガスが混合された前記原料を改質して燃料を生成する改質器と、前記改質器の内部に設けられた改質触媒を高温に保持する燃焼器と、前記燃料を前記燃料極に送る燃料供給経路と、前記空気極から排出される空気極排ガスを前記燃焼器に送る空気極排ガス経路と、前記燃料極排ガスが流れる燃料極排ガス経路とを備えており、
前記二酸化炭素回収部は、前記燃料極排ガスから二酸化炭素と水素リッチガスとに分離する第１二酸化炭素分離部と、前記第１二酸化炭素分離部の下流に設けられた第２二酸化炭素分離部と、前記第１二酸化炭素分離部で分離された水素リッチガスを前記エジェクタに送る第１水素回収経路と、前記第２二酸化炭素分離部で分離された水素リッチガスを前記燃焼器に送る第２水素回収経路とを備えており、
前記燃料極排ガス経路は、前記エジェクタに接続された燃料極排ガスリサイクル経路と前記第１二酸化炭素分離部に接続された二酸化炭素回収経路とに分岐されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
前記二酸化炭素回収部は、前記第１二酸化炭素分離部を挟んで上流側に第１圧縮機および下流側に第１減圧ポンプを備えると共に、前記第２二酸化炭素分離部を挟んで上流側に第２圧縮機および下流側に第２減圧ポンプを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記二酸化炭素回収部は、前記第２二酸化炭素分離部の下流に第３二酸化炭素分離部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項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 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
コンビニエンスストア、集合住宅などの中小規模の電力需要家向けの燃料電池として、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）が知られている。ＳＯＦＣは他の方式の燃料電池に比べて動作温度は高いが、高い発電効率、様々な原料に対応可能、高温排熱が利用可能などの特徴をもつ。ＳＯＦＣは、燃料極と空気極との間に電解質を配置したスタックで発電が行われる。燃料極から排出される燃料極排ガスには水素が含まれている。この燃料極排ガスに含まれる水素をスタックに再投入する燃料電池システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２３－７２６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の燃料電池システムにおいては、燃料極排ガスを直接スタックに再投入しているので、燃料極排ガスに含まれる二酸化炭素が濃縮されておらず、リサイクル率が低いという問題があった。
【０００５】
本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、燃料極排ガスに含まれる二酸化炭素を濃縮してリサイクル率を向上させた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】
【０００６】
本開示の燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池から排出される燃料極排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部とを有している。そして、燃料電池は、電解質を挟んで対向配置された空気極および燃料極を有するスタックと、原料に水蒸気および燃料極から排出された燃料極排ガスを混合するミキサと、ミキサで水蒸気および燃料極排ガスが混合された原料を改質して燃料を生成する改質器と、改質器の内部に設けられた改質触媒を高温に保持する燃焼器と、燃料を燃料極に送る燃料供給経路と、空気極から排出される空気極排ガスを燃焼器に送る空気極排ガス経路と、燃料極排ガスが流れる燃料極排ガス経路とを備えており、二酸化炭素回収部は、燃料極排ガスから二酸化炭素と水素リッチガスとに分離する第１二酸化炭素分離部と、第１二酸化炭素分離部の下流に設けられた第２二酸化炭素分離部と、第１二酸化炭素分離部で分離された水素リッチガスを燃料供給経路に送る第１水素回収経路と、第２二酸化炭素分離部で分離された水素リッチガスを燃焼器に送る第２水素回収経路とを備えており、さらに、燃料極排ガス経路は、ミキサに接続された燃料極排ガスリサイクル経路と第１二酸化炭素分離部に接続された二酸化炭素回収経路とに分岐されている。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の燃料電池システムは、第１二酸化炭素分離部で分離された水素リッチガスを燃料供給経路に送る第１水素回収経路と、第２二酸化炭素分離部で分離された水素リッチガスを燃焼器に送る第２水素回収経路とを備えており、さらに、燃料極排ガス経路は、ミキサに接続された燃料極排ガスリサイクル経路と第１二酸化炭素分離部に接続された二酸化炭素回収経路とに分岐されているので、燃料極排ガスに含まれる二酸化炭素を濃縮してリサイクル率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施の形態１に係る燃料電池システムの構成図である。
実施の形態２に係る燃料電池システムの構成図である。
実施の形態３に係る燃料電池システムの構成図である。
実施の形態３に係る燃料電池システムにおける二酸化炭素の回収率を示す特性図である。
実施の形態４に係る燃料電池システムの構成図である。
実施の形態５に係る燃料電池システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示を実施するための実施の形態に係る燃料電池システムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る燃料電池システムの構成図である。図１に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム１００は、燃料電池１と二酸化炭素回収部２とで構成されている。本実施の形態において、燃料電池１はＳＯＦＣとして説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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