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公開番号2025087011
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-10
出願番号2023201356
出願日2023-11-29
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 8/04 20160101AFI20250603BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】制御が容易で燃料極排ガスに含まれる水素を安定して分離回収することができる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14を有するスタック11と、混合器17と、改質器12と、燃焼器18と、改質ガス供給経路L2と、空気極排ガス経路L3と、燃料極排ガス経路L4と、二酸化炭素回収部から送られてくる水素リッチガスから水素を分離する水素分離部24と、水素分離部で分離された水素を燃焼器へ送る第1水素回収経路L8とを備えており、二酸化炭素回収部は、二酸化炭素分離部23と二酸化炭素分離部で分離された水素リッチガスを水素分離部へ送る第2水素回収経路L9とを備えている。水素分離部は、貴金属薄膜、有機薄膜、有機多孔質膜および無機多孔質膜の少なくとも1つを含む水素分離膜を備えている。
【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、原燃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混合器と、前記混合器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燃料を改質して水素を含む改質ガス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、前記改質ガスを前記燃料極へ送る改質ガス供給経路と、前記空気極から排出される空気極排ガスを前記燃焼器へ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、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から水素を分離する水素分離部と、前記水素分離部で分離された水素を前記燃焼器へ送る第１水素回収経路とを備えており、
前記燃料極排ガス経路は、前記燃料極排ガスを前記混合器へ送る燃料極排ガスリサイクル経路と前記燃料極排ガスを前記二酸化炭素回収部へ送る二酸化炭素回収経路とに分岐されており、
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前記水素リッチガスとに分離する二酸化炭素分離部と、前記二酸化炭素分離部で分離された前記水素リッチガスを前記水素分離部へ送る第２水素回収経路とを備え、前記水素分離部は、貴金属薄膜、有機薄膜、有機多孔質膜および無機多孔質膜の少なくとも１つを含む水素分離膜を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
続きを表示（約 410 文字）【請求項２】
前記燃料電池は、前記水素分離部で分離された水素を前記改質ガス供給経路へ送る第３水素回収経路と、前記原燃料を前記燃焼器へ送る原燃料供給経路と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】
前記燃料電池は、前記水素分離部と前記第１水素回収経路との間に水素貯留タンクをさらに備え、前記第３水素回収経路は前記水素貯留タンクに接続されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１水素回収経路、前記第３水素回収経路および前記原燃料供給経路には、それぞれ流量調整バルブが設けられており、前記流量調整バルブの開閉量を調整して前記スタックの温度および前記改質器の温度を予め設定された温度範囲内に保持すると共に、前記水素貯留タンクのガス圧を予め設定された閾値以上に保持することを特徴とする請求項３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、ビルなどの中小規模の電力需要家向けとして、また、工場、データセンターなどの大規模な施設での自家発電およびコジェネレーションとして、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が高く、高い発電効率、様々な燃料に対応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一旦水素吸蔵合金に吸蔵させて分離し、その後水素吸蔵合金に吸蔵させた水素を放出させて燃焼器に供給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２００８－１０８６２０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、水素吸蔵合金を用いて水素を分離回収しているので、水素の吸蔵および放出のときに加熱が必要であり制御が難しいという問題があった。さらには、水素吸蔵合金は、水素の吸蔵および放出による劣化が大きく、水素の分離回収性能が低下する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、制御が容易で燃料極排ガスに含まれる水素を安定して分離回収することができ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】
【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する燃料電池システムであって、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、原燃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混合器と、混合器で水蒸気および燃料極排ガスが混合された原燃料を改質して水素を含む改質ガス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、改質ガスを燃料極へ送る改質ガス供給経路と、空気極から排出される空気極排ガスを燃焼器へ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、二酸化炭素回収部から送られてくる水素リッチガスから水素を分離する水素分離部と、水素分離部で分離された水素を燃焼器へ送る第１水素回収経路とを備えており、燃料極排ガス経路は、燃料極排ガスを混合器へ送る燃料極排ガスリサイクル経路と燃料極排ガスを二酸化炭素回収部へ送る二酸化炭素回収経路とに分岐されている。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二酸化炭素分離部と、二酸化炭素分離部で分離された水素リッチガスを水素分離部へ送る第２水素回収経路とを備えている。そして水素分離部は、貴金属薄膜、有機薄膜、有機多孔質膜および無機多孔質膜の少なくとも１つを含む水素分離膜を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の燃料電池システムは、水素分離部が貴金属薄膜、有機薄膜、有機多孔質膜および無機多孔質膜の少なくとも１つを含む水素分離膜を備えているので、制御が容易で燃料極排ガスに含まれる水素を安定して分離回収することができる。
【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４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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