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JP6470633B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description

本発明は燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池システムにおいて、エネルギー利用効率を向上させるための構成として、単一の燃料電池スタックを用い、当該燃料電池スタックから排出された未反応の燃料ガスを循環させて再利用する循環式や、燃料電池スタックを複数設け、前段の燃料電池スタックから排出された未反応の燃料ガスを後段の燃料電池スタックで再利用する多段式が知られている。何れの構成においても、未反応の燃料ガスに含まれる水蒸気や二酸化炭素(CO2)を除去できれば、反応に寄与する水素及び一酸化炭素の濃度が増加することで、再利用する燃料ガスが供給される燃料電池スタックの性能向上が見込める。 In a fuel cell system, as a configuration for improving energy utilization efficiency, a single fuel cell stack is used, and a recycle type in which unreacted fuel gas discharged from the fuel cell stack is circulated and reused, A multi-stage system is known in which a plurality of battery stacks are provided, and unreacted fuel gas discharged from the preceding fuel cell stack is reused in the subsequent fuel cell stack. In any configuration, if the water vapor and carbon dioxide (CO 2 ) contained in the unreacted fuel gas can be removed, the concentration of hydrogen and carbon monoxide contributing to the reaction increases, so that the fuel gas to be reused is supplied. The fuel cell stack performance is expected to improve.

上記に関連して特許文献1、2には、固体酸化物型燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)の燃料処理プロセスにおいて、燃料電池スタックから排出された使用済み燃料から二酸化炭素を二酸化炭素吸収材で吸収し、これを燃料ガスとして再利用する技術が開示されている。また、特許文献1では、二酸化炭素吸収材の一例としてリチウム化ジルコニア(Li2Zr03やLi4ZrO4)が記載されている。 In relation to the above, Patent Documents 1 and 2 disclose that carbon dioxide is absorbed from spent fuel discharged from the fuel cell stack in a solid oxide fuel cell (SOFC) fuel processing process. A technique of absorbing with a material and reusing it as fuel gas is disclosed. Patent Document 1 describes lithiated zirconia (Li 2 ZrO 3 or Li 4 ZrO 4 ) as an example of a carbon dioxide absorbent.

このように、使用済み燃料から二酸化炭素を除去するために二酸化炭素吸収材を用いた場合、二酸化炭素の吸収量には限りがあるため、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させて二酸化炭素吸収材を再生する処理が必要となる。特許文献1では、燃料電池スタックのカソードから排出されるカソードオフガスを用いて二酸化炭素吸収材の再生を行っている。また、特許文献2では、乾燥空気を用いて二酸化炭素吸収材の再生を行っている。   Thus, when carbon dioxide absorbent is used to remove carbon dioxide from spent fuel, the amount of carbon dioxide absorbed is limited, so carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorbent that has absorbed carbon dioxide. Therefore, a process for regenerating the carbon dioxide absorbing material is required. In Patent Document 1, the carbon dioxide absorbent is regenerated using cathode offgas discharged from the cathode of the fuel cell stack. In Patent Document 2, the carbon dioxide absorbent is regenerated using dry air.

特開2002−313402号公報JP 2002-313402 A 特表2009−503789号公報Special table 2009-503789

ところが、カソードオフガスや乾燥空気には、酸素が比較的多く含まれており、これらの気体を二酸化炭素吸収材の再生(二酸化炭素吸収材からの二酸化炭素の放出)に用いると、特に高温条件下では、二酸化炭素吸収を行う容器内に残留する水素や一酸化炭素が燃焼する可能性がある。この燃焼により、容器内に急激な温度変化や圧力変化が生じ、二酸化炭素吸収材の性能劣化や容器の破損を招くことが懸念される。   However, the cathode off-gas and dry air contain a relatively large amount of oxygen. When these gases are used to regenerate the carbon dioxide absorbent (the release of carbon dioxide from the carbon dioxide absorbent), the conditions are particularly high. Then, hydrogen and carbon monoxide remaining in the container that absorbs carbon dioxide may burn. This combustion may cause a sudden temperature change or pressure change in the container, leading to performance deterioration of the carbon dioxide absorbent or damage to the container.

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、二酸化炭素吸収部における急激な温度変化や圧力変化を抑制しつつ、燃料電池の燃料極からのアノードオフガスを有効利用できる燃料電池システムを得ることが目的である。   The present invention has been made in consideration of the above facts, and obtains a fuel cell system that can effectively use anode off-gas from the fuel electrode of the fuel cell while suppressing a rapid temperature change and pressure change in the carbon dioxide absorption part. Is the purpose.

請求項1記載の発明に係る燃料電池システムは、燃料極へ供給される燃料ガスと空気極へ供給される空気により発電し、前記燃料極からアノードオフガスが排出されると共に前記空気極からカソードオフガスが排出される燃料電池と、二酸化炭素吸収材が収納された複数の二酸化炭素吸収部と、複数の前記二酸化炭素吸収部のうちの一部の前記二酸化炭素吸収部へ前記アノードオフガスを供給して該アノードオフガス中の二酸化炭素を前記二酸化炭素吸収材に吸収させて再生燃料ガスを生成すると共に、他の前記二酸化炭素吸収部へ前記カソードオフガスよりも酸素濃度が低く且つシステムの運転に用いられるガスをスイープガスとして供給して前記二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させる制御部と、を備えている。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system that generates electric power using fuel gas supplied to a fuel electrode and air supplied to an air electrode, and discharges anode off-gas from the fuel electrode and cathode off-gas from the air electrode. Supplying the anode off-gas to a fuel cell from which carbon dioxide is discharged, a plurality of carbon dioxide absorbers containing carbon dioxide absorbents, and a part of the carbon dioxide absorbers among the plurality of carbon dioxide absorbers The carbon dioxide in the anode offgas is absorbed by the carbon dioxide absorber to generate a regenerated fuel gas, and the oxygen concentration is lower than that of the cathode offgas to the other carbon dioxide absorber and used for system operation And a control unit for releasing carbon dioxide from the carbon dioxide absorbent by supplying the gas as a sweep gas.

請求項1記載の本発明に係る燃料電池システムでは、複数の二酸化炭素吸収部のうちの一部の二酸化炭素吸収部へ燃料電池から排出されたアノードオフガスを供給して、アノードオフガス中の二酸化炭素を二酸化炭素吸収材に吸収させて再生燃料ガスを生成する。これにより、アノードオフガス中の二酸化炭素濃度が低減されて、反応に寄与する水素及び一酸化炭素の濃度が高められているので、発電用の再生燃料ガスとして有効に再利用することができる。なお、本発明において、燃料電池は、単数であっても複数であってもよい。 In the fuel cell system according to the first aspect of the present invention, the anode offgas discharged from the fuel cell is supplied to some of the carbon dioxide absorbers of the plurality of carbon dioxide absorbers, and the carbon dioxide in the anode offgas is supplied. Is absorbed by a carbon dioxide absorbent to generate regenerated fuel gas. As a result, the concentration of carbon dioxide in the anode off-gas is reduced and the concentration of hydrogen and carbon monoxide contributing to the reaction is increased, so that it can be effectively reused as a regenerated fuel gas for power generation. In the present invention, the fuel cell may be singular or plural.

一方、複数の二酸化炭素吸収部のうちの他の二酸化炭素吸収部へは、空気極から排出されるカソードオフガスよりも酸素濃度が低く且つシステムの運転に用いられるスイープガスを供給して前記二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させて二酸化炭素吸収材を再生する。   On the other hand, to the other carbon dioxide absorbers among the plurality of carbon dioxide absorbers, a sweep gas having a lower oxygen concentration than the cathode offgas discharged from the air electrode and used for system operation is supplied. Carbon dioxide is released from the absorbent material to regenerate the carbon dioxide absorbent material.

ここで、スイープガスとは、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材から、二酸化炭素を放出させるためのガスをいう。本発明でのスイープガスは、酸素の含有量が比較的低いまたはゼロなので、二酸化炭素吸収部における残留水素、一酸化炭素の燃焼が抑制される。これにより、二酸化炭素吸収部に残留する水素や一酸化炭素の燃焼により、急激な温度変化や圧力変化が生じることを抑制できる。   Here, the sweep gas refers to a gas for releasing carbon dioxide from a carbon dioxide absorbent that has absorbed carbon dioxide. Since the sweep gas in the present invention has a relatively low or zero oxygen content, combustion of residual hydrogen and carbon monoxide in the carbon dioxide absorber is suppressed. Thereby, it is possible to suppress a sudden change in temperature or pressure due to the combustion of hydrogen or carbon monoxide remaining in the carbon dioxide absorption part.

請求項1記載の発明に係る燃料電池システムは、前記スイープガスは、前記アノードオフガス、水蒸気、及び炭化水素燃料のいずれかである。 In the fuel cell system according to the first aspect of the present invention, the sweep gas is any one of the anode off gas, water vapor, and hydrocarbon fuel.

燃料電池システムの運転に用いられ、酸素濃度がカソードオフガスよりも低いものとして、これらを有効に利用することができる。   These are used for the operation of the fuel cell system, and can be effectively used as the oxygen concentration is lower than the cathode off gas.

請求項2記載の発明に係る燃料電池システムは、前記燃料電池が、前記二酸化炭素吸収部へアノードオフガスを送出する第1燃料電池と、前記再生燃料ガスが燃料極へ供給され、該再生燃料ガスにより発電する第2燃料電池と、を含んでいる。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system in which the fuel cell is configured to supply a first fuel cell for sending an anode off gas to the carbon dioxide absorber, the regenerated fuel gas being supplied to a fuel electrode, and the regenerated fuel gas. And a second fuel cell that generates electricity.

請求項2記載の本発明に係る燃料電池システムでは、燃料電池から排出されたアノードオフガスが、二酸化炭素吸収部で二酸化炭素を吸収された後に、再生燃料ガスとして第2燃料電池の燃料極へ供給されて用いられる、多段式の燃料電池システムが実現される。 In the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, the anode off-gas discharged from the fuel cell is supplied to the anode of the second fuel cell as a regenerated fuel gas after the carbon dioxide is absorbed by the carbon dioxide absorber. Thus, a multi-stage fuel cell system to be used is realized.

請求項3記載の発明に係る燃料電池システムは、前記制御部は、前記二酸化炭素吸収部からの前記再生燃料ガスを前記燃料極に供給する。 In the fuel cell system according to a third aspect of the invention, the control unit supplies the regenerated fuel gas from the carbon dioxide absorption unit to the fuel electrode.

請求項3記載の本発明に係る燃料電池システムでは、燃料電池から排出されたアノードオフガスが、二酸化炭素吸収部で二酸化炭素を吸収された後に、再生燃料ガスとして燃料極へ供給されて用いられる、循環式の燃料電池システムが実現される。 In the fuel cell system according to the third aspect of the present invention, the anode off-gas discharged from the fuel cell is used by being supplied to the fuel electrode as a regenerated fuel gas after carbon dioxide is absorbed by the carbon dioxide absorber. A circulation type fuel cell system is realized.

請求項4記載の発明に係る燃料電池システムは、前記再生燃料ガスの生成に用いられる前記二酸化炭素吸収部へ供給される前の前記アノードオフガスから水蒸気を除去する水蒸気除去部、をさらに備えている。 The fuel cell system according to a fourth aspect of the present invention further includes a water vapor removing unit that removes water vapor from the anode off gas before being supplied to the carbon dioxide absorbing unit used for generating the regenerated fuel gas. .

請求項4記載の本発明に係る燃料電池システムによれば、水蒸気を除去することで、二酸化炭素吸収部へ供給されるアノードオフガスの二酸化炭素分圧が高くなるので、二酸化炭素吸収材による二酸化炭素の吸収量を多くすることができる。 According to the fuel cell system of the present invention as set forth in claim 4, since the partial pressure of carbon dioxide of the anode off-gas supplied to the carbon dioxide absorber is increased by removing water vapor, the carbon dioxide produced by the carbon dioxide absorbent The amount of absorption can be increased.

請求項5記載の発明に係る燃料電池システムは、前記二酸化炭素吸収部で二酸化炭素が吸収された後の前記アノードオフガスから水蒸気を除去する水蒸気除去部、をさらに備えている。 The fuel cell system according to a fifth aspect of the present invention further includes a water vapor removing unit that removes water vapor from the anode off gas after carbon dioxide is absorbed by the carbon dioxide absorbing unit.

請求項5記載の発明に係る燃料電池システムによれば、二酸化炭素吸収部へ供給される前のアノードオフガスには、比較的高い濃度で水蒸気が含まれているので、二酸化炭素吸収材での吸収量が多くなるという効果を得ることができる。 According to the fuel cell system of the fifth aspect of the present invention, the anode off-gas before being supplied to the carbon dioxide absorption part contains water vapor at a relatively high concentration, so that absorption by the carbon dioxide absorbent is performed. The effect that the amount increases can be obtained.

請求項6記載の発明に係る燃料電池システムは、炭化水素燃料を改質して水素を含む前記燃料ガスを生成すると共に、前記燃料電池へ前記燃料ガスを供給する改質器、をさらに備えている。 A fuel cell system according to a sixth aspect of the present invention further includes a reformer that reforms a hydrocarbon fuel to generate the fuel gas containing hydrogen and supplies the fuel gas to the fuel cell. Yes.

請求項6記載の発明に係る燃料電池システムによれば、炭化水素燃料及び水蒸気を供給することにより、改質器で水素を含む燃料ガスを生成して、燃料電池システムを運転することができる。 According to the fuel cell system of the sixth aspect of the invention, the fuel cell system can be operated by generating the fuel gas containing hydrogen by the reformer by supplying the hydrocarbon fuel and the water vapor.

請求項7記載の発明に係る燃料電池システムは、前記スイープガスが水蒸気の場合には、前記改質器へ前記二酸化炭素吸収部から排出された前記水蒸気が供給されて、前記炭化水素燃料を水蒸気改質する。 According to a seventh aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the seventh aspect , when the sweep gas is steam, the steam discharged from the carbon dioxide absorption section is supplied to the reformer, and the hydrocarbon fuel is steamed. Reform.

請求項7記載の発明に係る燃料電池システムによれば、二酸化炭素吸収材の再生に用いられた水蒸気を炭化水素燃料の水蒸気改質用に用いることができる。 According to the fuel cell system of the seventh aspect of the present invention, the steam used for regenerating the carbon dioxide absorbent can be used for steam reforming of hydrocarbon fuel.

請求項8記載の発明に係る燃料電池システムは、前記スイープガスが炭化水素燃料の場合には、前記改質器へ二酸化炭素吸収部から排出された前記炭化水素燃料が供給されて、前記炭化水素燃料を改質する。 When the sweep gas is a hydrocarbon fuel, the hydrocarbon fuel discharged from the carbon dioxide absorption part is supplied to the reformer, and the hydrocarbon cell system according to the invention of claim 8 Reform fuel.

請求項8記載の発明に係る燃料電池システムによれば、二酸化炭素吸収材の再生に用いられた炭化水素燃料を改質して燃料ガスを得ることができる。 According to the fuel cell system of the eighth aspect of the invention, the fuel gas can be obtained by reforming the hydrocarbon fuel used for the regeneration of the carbon dioxide absorbent.

本発明に係る燃料電池システムによれば、二酸化炭素吸収部における急激な温度変化や圧力変化を抑制しつつ、燃料電池の燃料極からのアノードオフガスを有効利用することができる。   According to the fuel cell system of the present invention, it is possible to effectively use the anode off-gas from the fuel electrode of the fuel cell while suppressing a rapid temperature change and pressure change in the carbon dioxide absorption part.

第1実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment. 二酸化炭素吸収材の温度と二酸化炭素吸収・放出との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the temperature of a carbon dioxide absorber, and carbon dioxide absorption and discharge | release. 第2実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system of 3rd Embodiment. 第3実施形態の燃料電池システムの他の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other structure of the fuel cell system of 3rd Embodiment. 第4実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system of 4th Embodiment. 第4実施形態の変形例に係る燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system which concerns on the modification of 4th Embodiment. 第5実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system of 5th Embodiment. 第5実施形態の変形例に係る燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system which concerns on the modification of 5th Embodiment. 第6実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system of 6th Embodiment. 第6実施形態の変形例に係る燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system which concerns on the modification of 6th Embodiment. 第7実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system of 7th Embodiment. 第7実施形態の変形例に係る燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system which concerns on the modification of 7th Embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

〔第1実施形態〕
図1には、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システム10Aが示されている。燃料電池システム10Aは、主要な構成として、水蒸気改質器12、燃料電池スタック14、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24、燃焼器18、及び制御部70を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a fuel cell system 10A according to the first embodiment of the present invention. The fuel cell system 10A includes a steam reformer 12, a fuel cell stack 14, a first carbon dioxide absorber 22, a second carbon dioxide absorber 24, a combustor 18, and a controller 70 as main components. .

水蒸気改質器12には原料ガス管28の一端が接続されており、原料ガス管28の他端は図示しないガス源に接続されている。原料ガス管28には脱硫器によって硫黄化合物が吸着除去された原料ガス(炭化水素燃料)がガス源から供給される。ガス源から原料ガス管28に供給された原料ガスは、不図示の熱交換器によって加熱された後、水蒸気改質器12へ供給される。   One end of a source gas pipe 28 is connected to the steam reformer 12, and the other end of the source gas pipe 28 is connected to a gas source (not shown). A raw material gas (hydrocarbon fuel) from which sulfur compounds are adsorbed and removed by a desulfurizer is supplied to the raw material gas pipe 28 from a gas source. The raw material gas supplied from the gas source to the raw material gas pipe 28 is heated by a heat exchanger (not shown) and then supplied to the steam reformer 12.

水蒸気改質器12には、水供給管26の一端が接続されており、水供給管26を介して水(水蒸気)が供給される。水蒸気改質器12は加熱され、原料ガス管28を介して供給された原料ガスを、水供給管26を介して供給された水(水蒸気)を利用して水蒸気改質し、水素を含む600℃程度の温度の燃料ガスG1を生成する。水蒸気改質器12は、燃料電池スタック14のアノード(燃料極)14Aと接続されている。水蒸気改質器12で生成された燃料ガスG1は、燃料ガス管32を介して燃料電池スタック14のアノード(燃料極)14Aに供給される。   One end of a water supply pipe 26 is connected to the steam reformer 12, and water (steam) is supplied through the water supply pipe 26. The steam reformer 12 is heated and steam reformed from the source gas supplied via the source gas pipe 28 using water (steam) supplied via the water supply pipe 26, and contains hydrogen 600 A fuel gas G1 having a temperature of about 0 ° C. is generated. The steam reformer 12 is connected to an anode (fuel electrode) 14 </ b> A of the fuel cell stack 14. The fuel gas G1 generated by the steam reformer 12 is supplied to the anode (fuel electrode) 14A of the fuel cell stack 14 via the fuel gas pipe 32.

燃料電池スタック14は固体酸化物型の燃料電池スタックであり、積層された複数の燃料電池セルを有している。燃料電池スタック14は本発明における燃料電池の一例であり、本実施形態では、作動温度が700℃程度とされている。個々の燃料電池セルは、電解質層と、当該電解質層の表裏面にそれぞれ積層されたアノード(燃料極)14A、及びカソード(空気極)14Bと、を有している。図1では、複数の燃料電池セルの個々のアノード、カソードをまとめて、各々「アノード14A」「カソード14B」と図示している。   The fuel cell stack 14 is a solid oxide fuel cell stack, and has a plurality of stacked fuel cells. The fuel cell stack 14 is an example of a fuel cell according to the present invention. In this embodiment, the operating temperature is about 700 ° C. Each fuel cell has an electrolyte layer, and an anode (fuel electrode) 14A and a cathode (air electrode) 14B laminated on the front and back surfaces of the electrolyte layer. In FIG. 1, individual anodes and cathodes of a plurality of fuel cells are collectively shown as “anode 14A” and “cathode 14B”, respectively.

燃料電池スタック14のカソード14Bには、酸化ガス(空気)を供給するための酸化ガス管30を介して酸化ガス(空気)が供給される。カソード14Bでは、下記(1)式に示すように、酸化ガス中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。生成された酸素イオンは電解質層を通って燃料電池スタック14のアノード14Aに到達する。 Oxidizing gas (air) is supplied to the cathode 14B of the fuel cell stack 14 via an oxidizing gas pipe 30 for supplying oxidizing gas (air). In the cathode 14B, as shown in the following formula (1), oxygen and electrons in the oxidizing gas react to generate oxygen ions. The generated oxygen ions reach the anode 14A of the fuel cell stack 14 through the electrolyte layer.

(空気極反応)
1/2O+2e →O2− …(1)
(Air electrode reaction)
1 / 2O 2 + 2e → O 2− (1)

また、カソード14Bには、カソード14Bから排出されるカソードオフガスG2を案内するカソードオフガス管31が接続されている。カソードオフガスG2の酸素濃度は、10%〜15%となっている。 The cathode 14B is connected to a cathode offgas pipe 31 that guides the cathode offgas G2 discharged from the cathode 14B. The oxygen concentration of the cathode off gas G2 is 10% to 15%.

一方、燃料電池スタック14のアノード14Aでは、下記(2)式及び(3)式に示すように、電解質層を通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水(水蒸気)及び二酸化炭素と電子が生成される。アノード14Aで生成された電子がアノード14Aから外部回路を通ってカソード14Bに移動することで、各燃料電池セルにおいて発電される。また、各燃料電池セルは、発電時に発熱する。   On the other hand, in the anode 14A of the fuel cell stack 14, as shown in the following formulas (2) and (3), oxygen ions that have passed through the electrolyte layer react with hydrogen and carbon monoxide in the fuel gas, and water ( Steam) and carbon dioxide and electrons are generated. Electrons generated at the anode 14A move from the anode 14A through the external circuit to the cathode 14B, thereby generating electric power in each fuel cell. Each fuel cell generates heat during power generation.

(燃料極反応)
+O2− →HO+2e …(2)
CO+O2− →CO+2e …(3)
(Fuel electrode reaction)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e (2)
CO + O 2− → CO 2 + 2e (3)

燃料電池スタック14のアノード14Aにはアノードオフガス管34の一端が接続されており、アノードオフガス管34には、アノード14AからアノードオフガスG3が排出される。アノードオフガスG3には、未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水が含まれている。アノードオフガスG3には、酸素はほとんど含まれず、酸素濃度はゼロもしくは1%未満である。   One end of an anode offgas pipe 34 is connected to the anode 14A of the fuel cell stack 14, and the anode offgas G3 is discharged from the anode 14A to the anode offgas pipe 34. The anode off gas G3 contains unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, carbon dioxide, and water. The anode off gas G3 contains almost no oxygen, and the oxygen concentration is zero or less than 1%.

なお、本発明の燃料電池としては、固体酸化物型の燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)に限られるものではなく、例えば溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)であってもよい。 The fuel cell of the present invention is not limited to a solid oxide fuel cell (SOFC), and may be, for example, a molten carbonate fuel cell (MCFC).

アノードオフガス管34の途中には、分岐部48が設けられ、分岐部48において、2つに分岐されている。一方側は、吸収切替弁40を介して第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24に各々接続されている。他方側は、放出切替弁46を介して第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24に各々接続されている。以下、吸収切替弁40側へ分岐される配管をアノードオフ吸収用ガス管37と称し、放出切替弁46側へ分岐される配管をアノードオフ放出用ガス管38と称する。分岐部48では、アノードオフガスG3が、一定の割合、例えば4:6の割合で、アノードオフ吸収用ガス管37とアノードオフ放出用ガス管38に分配される。   A branch portion 48 is provided in the middle of the anode off gas pipe 34, and is branched into two at the branch portion 48. One side is connected to the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 via an absorption switching valve 40. The other side is connected to the first carbon dioxide absorption part 22 and the second carbon dioxide absorption part 24 via the release switching valve 46, respectively. Hereinafter, the pipe branched to the absorption switching valve 40 side is referred to as an anode off absorption gas pipe 37, and the pipe branched to the discharge switching valve 46 side is referred to as an anode off discharge gas pipe 38. In the branch portion 48, the anode off gas G3 is distributed to the anode off absorption gas pipe 37 and the anode off discharge gas pipe 38 at a constant rate, for example, a ratio of 4: 6.

なお、吸収切替弁40から第1二酸化炭素吸収部22までのアノードオフ吸収用ガス管37の符号を「37−1」で示し、吸収切替弁40から二酸化炭素吸収部24までのアノードオフ吸収用ガス管37の符号を「37−2」で示す。さらに、放出切替弁46から第1二酸化炭素吸収部22までのアノードオフ放出用ガス管38の符号を「38−1」で示し、放出切替弁46から二酸化炭素吸収部24までのアノードオフ放出用ガス管38の符号を「38−2」で示す。 The reference sign of the anode off absorption gas pipe 37 from the absorption switching valve 40 to the first carbon dioxide absorption section 22 is indicated by “37-1”, and the anode off absorption from the absorption switching valve 40 to the carbon dioxide absorption section 24 is indicated. The code | symbol of the gas pipe 37 is shown by "37-2". Further, the sign of the anode off-releasing gas pipe 38 from the discharge switching valve 46 to the first carbon dioxide absorption unit 22 is indicated by “38-1”, and the anode off-releasing gas from the discharge switching valve 46 to the carbon dioxide absorption unit 24 is indicated. The code | symbol of the gas pipe 38 is shown by "38-2".

吸収切替弁40は、アノードオフ吸収用ガス管37を第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24の何れか一方と連通させることで、アノードオフ吸収用ガス管37から供給されたアノードオフガスG3を第1二酸化炭素吸収部22又は第2二酸化炭素吸収部24へ択一的に供給する。供給されるアノードオフガスG3は、650℃程度とされている。吸収切替弁40による配管の切り替えは制御部70によって制御される。   The absorption switching valve 40 is supplied from the anode off absorption gas pipe 37 by communicating the anode off absorption gas pipe 37 with either the first carbon dioxide absorption section 22 or the second carbon dioxide absorption section 24. The anode off gas G3 is alternatively supplied to the first carbon dioxide absorber 22 or the second carbon dioxide absorber 24. The supplied anode off gas G3 is about 650 ° C. Switching of the piping by the absorption switching valve 40 is controlled by the control unit 70.

放出切替弁46は、アノードオフ放出用ガス管38を第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24の何れか他方(アノードオフ吸収用ガス管37と連通されていない方)と連通させることで、アノードオフ放出用ガス管38から供給されたアノードオフガスG3を第1二酸化炭素吸収部22又は第2二酸化炭素吸収部24へ択一的に供給する。供給されるアノードオフガスG3は、不図示の熱交換器で750℃〜950℃に加熱されている。熱交換器での加熱には、後述する燃焼器18からの燃焼排ガスG5を用いることができる。放出切替弁46による配管の切り替えは制御部70によって制御される。   The discharge switching valve 46 communicates the anode off-releasing gas pipe 38 with one of the first carbon dioxide absorbing part 22 and the second carbon dioxide absorbing part 24 (which is not communicated with the anode off absorbing gas pipe 37). As a result, the anode off gas G3 supplied from the anode off discharge gas pipe 38 is alternatively supplied to the first carbon dioxide absorber 22 or the second carbon dioxide absorber 24. The supplied anode off gas G3 is heated to 750 ° C. to 950 ° C. by a heat exchanger (not shown). For the heating in the heat exchanger, combustion exhaust gas G5 from the combustor 18 described later can be used. The switching of the piping by the discharge switching valve 46 is controlled by the control unit 70.

第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24は、内部に二酸化炭素吸収材23が収納されており、内部に導入されたガスに対して二酸化炭素吸収材23による二酸化炭素の吸収又は放出が行われる。なお、二酸化炭素吸収材としては、例えば、Li2ZrO3、LiFeO、Li4SiO4等のリチウム系複合酸化物及びBa2TiO4の何れかを主成分とした材料を用いることができる。例えばLi4SiO4の反応は以下の(4)式で表される。 The first carbon dioxide absorption part 22 and the second carbon dioxide absorption part 24 have a carbon dioxide absorbent 23 housed therein, and the carbon dioxide absorbent 23 absorbs carbon dioxide with respect to the gas introduced therein. Release takes place. As the carbon dioxide absorbent, for example, can be used Li 2 ZrO 3, LiFeO 2, Li 4 material mainly composed of any of lithium-based composite oxides such as SiO 4 and Ba 2 TiO 4. For example, the reaction of Li 4 SiO 4 is represented by the following formula (4).

Li4SiO4+CO2→Li2SiO3+Li2CO3 …(4) Li 4 SiO 4 + CO 2 → Li 2 SiO 3 + Li 2 CO 3 (4)

Li4SiO4は、温度や二酸化炭素の分圧により、可逆的に反応の進行方向が変化する。ここで、図2には、二酸化炭素の分圧15%程度のガスを、二酸化炭素吸収材23として用いられるLi4SiO4に供給した場合の、温度と二酸化炭素質量との関係が示されている。Li4SiO 4 は、供給されるガスの二酸化炭素の分圧が15%程度であっても、温度が690℃以上になると、二酸化炭素質量が下がり、吸収している二酸化炭素を放出する特性を有している。 Li 4 SiO 4 reversibly changes the direction of reaction depending on the temperature and the partial pressure of carbon dioxide. Here, FIG. 2 shows the relationship between temperature and carbon dioxide mass when a gas having a partial pressure of carbon dioxide of about 15% is supplied to Li 4 SiO 4 used as the carbon dioxide absorbent 23. Yes. Even if the partial pressure of carbon dioxide of the supplied gas is about 15%, Li 4 SiO 4 has the characteristic that when the temperature reaches 690 ° C. or higher, the mass of carbon dioxide decreases and the absorbed carbon dioxide is released. Have.

アノードオフ吸収用ガス管37から第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24へ供給されるアノードオフガスG3は、温度650℃程度で、二酸化炭素の濃度が比較的高い(15%程度)。二酸化炭素吸収材23が上記の特性を有していることにより、アノードオフ吸収用ガス管37からアノードオフガスG3が供給された第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24は、二酸化炭素吸収材23が二酸化炭素を吸収する環境条件となり、アノードオフガスG3に含まれる二酸化炭素が二酸化炭素吸収材23によって吸収される。以下、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24で二酸化炭素が吸収されたアノードオフガスG3を、「CO除去オフガスG4」という。 The anode off gas G3 supplied from the anode off absorption gas pipe 37 to the first carbon dioxide absorption unit 22 and the second carbon dioxide absorption unit 24 has a temperature of about 650 ° C. and a relatively high concentration of carbon dioxide (about 15%). ). Since the carbon dioxide absorbent 23 has the above characteristics, the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 supplied with the anode off gas G3 from the anode off absorbent gas pipe 37 are The carbon absorbent 23 becomes an environmental condition for absorbing carbon dioxide, and the carbon dioxide contained in the anode offgas G3 is absorbed by the carbon dioxide absorbent 23. Hereinafter, the anode offgas G3 in which carbon dioxide has been absorbed by the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 is referred to as “CO 2 removal offgas G4”.

一方、アノードオフ放出用ガス管38から第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24へ供給されるアノードオフガスG3は、二酸化炭素の濃度については、アノードオフ吸収用ガス管37と同じであるが、温度が700℃〜900℃程度の高温となっている。二酸化炭素吸収材23が上記の特性を有していることにより、アノードオフ放出用ガス管38からアノードオフガスG3が供給された第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24は、二酸化炭素吸収材23が二酸化炭素を放出する環境条件となり、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24では、二酸化炭素吸収材23から二酸化炭素が放出される。このように、温度700℃〜900℃の高温で第1二酸化炭素吸収部22又は第2二酸化炭素吸収部24へ供給されるアノードオフガスG3は、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させるスイープガスとして機能する。なお、以下、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24から放出された二酸化炭素を含むアノードオフガスG3を、「CO含有オフガスG7」という。 On the other hand, the anode off-gas G3 supplied from the anode off-releasing gas pipe 38 to the first carbon dioxide absorbing section 22 and the second carbon dioxide absorbing section 24 is the same as the anode off absorbing gas pipe 37 in terms of carbon dioxide concentration. However, the temperature is as high as about 700 ° C to 900 ° C. Since the carbon dioxide absorbent 23 has the above-described characteristics, the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 to which the anode off gas G3 is supplied from the anode off discharge gas pipe 38 are The carbon absorbing material 23 releases the carbon dioxide, and the first carbon dioxide absorbing portion 22 and the second carbon dioxide absorbing portion 24 release carbon dioxide from the carbon dioxide absorbing material 23. As described above, the anode off-gas G3 supplied to the first carbon dioxide absorber 22 or the second carbon dioxide absorber 24 at a high temperature of 700 ° C. to 900 ° C. is a sweep gas that releases carbon dioxide from the carbon dioxide absorber. Function. Hereinafter, the anode offgas G3 containing carbon dioxide released from the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 is referred to as “CO 2 -containing offgas G7”.

第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24のガス排出側には、回収ガス供給管35の一端が接続されており、回収ガス供給管35には、回収切替弁42が設けられている。また、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24のガス排出側には、さらに、二酸化炭素排出管36の一端が接続されており、二酸化炭素排出管36には、二酸化炭素排出切替弁44が設けられている。   One end of a recovery gas supply pipe 35 is connected to the gas discharge side of the first carbon dioxide absorption part 22 and the second carbon dioxide absorption part 24, and a recovery switching valve 42 is provided in the recovery gas supply pipe 35. ing. In addition, one end of a carbon dioxide discharge pipe 36 is further connected to the gas discharge side of the first carbon dioxide absorption section 22 and the second carbon dioxide absorption section 24, and the carbon dioxide discharge pipe 36 has a carbon dioxide discharge. A switching valve 44 is provided.

以下、第1二酸化炭素吸収部22から回収切替弁42までの回収ガス供給管35の符号を「35−1」で示し、第2二酸化炭素吸収部24から回収切替弁42までの回収ガス供給管35の符号を「35−2」で示す。また、第1二酸化炭素吸収部22から二酸化炭素排出切替弁44までの二酸化炭素排出管36の符号を「36−1」で示し、第2二酸化炭素吸収部24から二酸化炭素排出切替弁44までの二酸化炭素排出管36の符号を「36−2」で示す。 Hereinafter, the symbol of the recovery gas supply pipe 35 from the first carbon dioxide absorption part 22 to the recovery switching valve 42 is indicated by “35-1”, and the recovery gas supply pipe from the second carbon dioxide absorption part 24 to the recovery switching valve 42 is indicated. The code | symbol of 35 is shown by "35-2". Moreover, the code | symbol of the carbon dioxide discharge pipe 36 from the 1st carbon dioxide absorption part 22 to the carbon dioxide discharge switching valve 44 is shown by "36-1," and the 2nd carbon dioxide absorption part 24 to the carbon dioxide discharge switching valve 44 is shown. The code | symbol of the carbon dioxide discharge pipe 36 is shown by "36-2".

回収切替弁42は、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24のうちの一方(アノードオフ吸収用ガス管37と連通された第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24)を回収ガス供給管35と連通させる。二酸化炭素排出切替弁44は、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24のうちの他方(回収ガス供給管35と連通しない方)を二酸化炭素排出管36と連通させる。回収切替弁42及び二酸化炭素排出切替弁44による配管の切り替えは制御部70によって制御される。   The recovery switching valve 42 is one of the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 (the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber communicated with the anode off-absorption gas pipe 37). Unit 24) is in communication with the recovered gas supply pipe 35. The carbon dioxide discharge switching valve 44 causes the other of the first carbon dioxide absorption part 22 and the second carbon dioxide absorption part 24 (one not communicating with the recovered gas supply pipe 35) to communicate with the carbon dioxide discharge pipe 36. Switching of the piping by the recovery switching valve 42 and the carbon dioxide discharge switching valve 44 is controlled by the control unit 70.

回収ガス供給管35の他端は、水蒸気改質器12と接続されている。水蒸気改質器12には、回収ガス供給管35からCO除去オフガスG4が供給される。CO除去オフガスG4は、水蒸気改質器12を経てアノード14Aへ送られる。 The other end of the recovered gas supply pipe 35 is connected to the steam reformer 12. The steam reformer 12 is supplied with the CO 2 removal off-gas G4 from the recovered gas supply pipe 35. The CO 2 removal off gas G4 is sent to the anode 14A via the steam reformer 12.

二酸化炭素排出管36の他端は、燃焼器18と接続されている。燃焼器18には、カソードオフガス管31の他端も接続されている。燃焼器18は、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24のうちの一方から供給されたCO含有オフガスG7を、カソードオフガス管31からのカソードオフガスG2と混合させて燃焼させる。燃焼器18で得られた高温の燃焼排ガスG5は、水蒸気改質器12内の触媒の加熱等、燃料電池システム10A内の他の各部にも、直接、間接的に供給される。 The other end of the carbon dioxide discharge pipe 36 is connected to the combustor 18. The other end of the cathode offgas pipe 31 is also connected to the combustor 18. The combustor 18 mixes the CO 2 -containing offgas G7 supplied from one of the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 with the cathode offgas G2 from the cathode offgas pipe 31 and burns it. . The high-temperature combustion exhaust gas G5 obtained in the combustor 18 is directly and indirectly supplied to other parts in the fuel cell system 10A such as heating of the catalyst in the steam reformer 12.

なお、吸収切替弁40、回収切替弁42、二酸化炭素排出切替弁44、放出切替弁46、及び制御部70は、本発明における制御部の一例である。 The absorption switching valve 40, the recovery switching valve 42, the carbon dioxide discharge switching valve 44, the release switching valve 46, and the control unit 70 are examples of the control unit in the present invention.

次に、第1実施形態に係る燃料電池システム10Aの作用を説明する。まず、第1二酸化炭素吸収部22でアノードオフガスG3の二酸化炭素吸収を行い、第2二酸化炭素吸収部24で二酸化炭素吸収材23からの二酸化炭素の放出を行う運転モードM1について説明する。   Next, the operation of the fuel cell system 10A according to the first embodiment will be described. First, the operation mode M1 in which the carbon dioxide absorption of the anode off gas G3 is performed by the first carbon dioxide absorption section 22 and the carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorbent 23 by the second carbon dioxide absorption section 24 will be described.

燃料電池システム10Aでは、水蒸気改質器12に原料ガス及び水(水蒸気)が供給される。水蒸気改質器12は加熱され、原料ガスを水蒸気を利用して水蒸気改質し、水素を含む600℃程度の温度の燃料ガスG1を生成する。燃料ガスG1は、水蒸気改質器12から燃料ガス管32を介して燃料電池スタック14のアノード14Aに供給される。一方、燃料電池スタック14のカソード14Bには酸化ガス(空気)が供給される。これにより、燃料電池スタック14では、前述の反応により発電が行われる。この発電に伴い燃料電池スタック14のアノード14Aからは未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水を含むアノードオフガスG3が排出される。   In the fuel cell system 10 </ b> A, a raw material gas and water (steam) are supplied to the steam reformer 12. The steam reformer 12 is heated and steam reforms the raw material gas using steam to generate a fuel gas G1 containing hydrogen and having a temperature of about 600 ° C. The fuel gas G1 is supplied from the steam reformer 12 to the anode 14A of the fuel cell stack 14 via the fuel gas pipe 32. On the other hand, an oxidizing gas (air) is supplied to the cathode 14B of the fuel cell stack 14. As a result, the fuel cell stack 14 generates power by the above-described reaction. Along with this power generation, an anode off-gas G3 containing unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, carbon dioxide and water is discharged from the anode 14A of the fuel cell stack 14.

一方、制御部70は、吸収切替弁40、回収切替弁42、放出切替弁46、及び二酸化炭素排出切替弁44を、以下のような開閉状態となるように制御する。吸収切替弁40は、アノードオフ吸収用ガス管37−1側が開放され、アノードオフ吸収用ガス管37−2側が閉鎖される。回収切替弁42は、回収ガス供給管35−1側が開放され、回収ガス供給管35−2側が閉鎖される。二酸化炭素排出切替弁44は、二酸化炭素排出管36−2側が開放され、二酸化炭素排出管36−1側が閉鎖される。放出切替弁46は、アノードオフ放出用ガス管38−1側が閉鎖され、アノードオフ放出用ガス管38−2側が開放される。   On the other hand, the control unit 70 controls the absorption switching valve 40, the recovery switching valve 42, the release switching valve 46, and the carbon dioxide discharge switching valve 44 so as to be in the following open / closed state. The absorption switching valve 40 is opened on the anode off absorption gas pipe 37-1 side and closed on the anode off absorption gas pipe 37-2 side. The recovery switching valve 42 is opened on the recovery gas supply pipe 35-1 side and closed on the recovery gas supply pipe 35-2 side. The carbon dioxide discharge switching valve 44 is opened on the carbon dioxide discharge pipe 36-2 side and closed on the carbon dioxide discharge pipe 36-1 side. The discharge switching valve 46 is closed on the anode-off discharge gas pipe 38-1 side and opened on the anode-off discharge gas pipe 38-2 side.

アノード14Aから排出された650℃程度のアノードオフガスG3は、分岐部48において2つに分岐される。アノードオフ吸収用ガス管37側へ分配されたアノードオフガスG3は、第1二酸化炭素吸収部22へ供給される。第1二酸化炭素吸収部22では、アノードオフガスG3に含まれている二酸化炭素が二酸化炭素吸収材23に吸収される。二酸化炭素が除去されたCO除去オフガスG4は、第1二酸化炭素吸収部22から排出され、回収ガス供給管35を経て、水蒸気改質器12へ供給され、燃料電池スタック14での発電に再利用される。 The anode off gas G3 having a temperature of about 650 ° C. discharged from the anode 14A is branched into two at the branch portion 48. The anode off gas G <b> 3 distributed to the anode off absorption gas pipe 37 side is supplied to the first carbon dioxide absorption unit 22. In the first carbon dioxide absorber 22, carbon dioxide contained in the anode offgas G <b> 3 is absorbed by the carbon dioxide absorbent 23. The CO 2 removal off-gas G4 from which carbon dioxide has been removed is discharged from the first carbon dioxide absorption unit 22, supplied to the steam reformer 12 through the recovered gas supply pipe 35, and regenerated for power generation in the fuel cell stack 14. Used.

一方、アノードオフ放出用ガス管38側へ分配されたアノードオフガスG3は、熱交換器で700℃〜900℃に加熱され、第2二酸化炭素吸収部24へ供給される。第2二酸化炭素吸収部24では、二酸化炭素吸収材23に吸収されていた二酸化炭素が放出される。放出された二酸化炭素を含むCO含有オフガスG7は、二酸化炭素排出管36を経て燃焼器18へ供給される。燃焼器18では、供給されたCO除去オフガスG7をカソードオフガス管31からのカソードオフガスG2と混合し、燃焼させる。燃焼器18で得られた高温の燃焼排ガスG5は、水蒸気改質器12内の触媒の加熱等、燃料電池システム10A内の各部に供給されて利用される。 On the other hand, the anode off-gas G3 distributed to the anode off-releasing gas pipe 38 side is heated to 700 ° C. to 900 ° C. by the heat exchanger and supplied to the second carbon dioxide absorber 24. In the second carbon dioxide absorber 24, the carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorber 23 is released. The CO 2 -containing offgas G 7 containing the released carbon dioxide is supplied to the combustor 18 through the carbon dioxide discharge pipe 36. In the combustor 18, the supplied CO 2 removal off gas G 7 is mixed with the cathode off gas G 2 from the cathode off gas pipe 31 and burned. The high-temperature combustion exhaust gas G5 obtained by the combustor 18 is supplied to and used for each part in the fuel cell system 10A, such as heating of the catalyst in the steam reformer 12.

上記の運転モードM1は、第1二酸化炭素吸収部22に収納された二酸化炭素吸収材23での二酸化炭素の吸収容量、第2二酸化炭素吸収部24内の二酸化炭素吸収材23の二酸化炭素の放出速度等に応じて定められた、所定の時間T1の間、継続される。所定時間T1の経過後、運転モードM2が実行される。運転モードM2では、第2二酸化炭素吸収部24でアノードオフガスG3の二酸化炭素吸収が行われ、第1二酸化炭素吸収部22で二酸化炭素吸収材23からの二酸化炭素の放出が行われる。   The operation mode M1 includes the absorption capacity of carbon dioxide in the carbon dioxide absorbent 23 accommodated in the first carbon dioxide absorber 22, and the release of carbon dioxide from the carbon dioxide absorbent 23 in the second carbon dioxide absorber 24. It is continued for a predetermined time T1, which is determined according to the speed or the like. After the elapse of the predetermined time T1, the operation mode M2 is executed. In the operation mode M <b> 2, the carbon dioxide absorption of the anode off gas G <b> 3 is performed by the second carbon dioxide absorption unit 24, and the carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorbent 23 by the first carbon dioxide absorption unit 22.

制御部70は、吸収切替弁40、回収切替弁42、放出切替弁46、及び二酸化炭素排出切替弁44の開閉状態を、以下のように制御する。吸収切替弁40は、アノードオフ吸収用ガス管37−1側が閉鎖され、アノードオフ吸収用ガス管37−2側が開放される。回収切替弁42は、回収ガス供給管35−1側が閉鎖され、回収ガス供給管35−2側が開放される。二酸化炭素排出切替弁44は、二酸化炭素排出管36−2側が閉鎖され、二酸化炭素排出管36−1側が開放される。放出切替弁46は、アノードオフ放出用ガス管38−1側が開放され、アノードオフ放出用ガス管38−2側が閉鎖される。   The control unit 70 controls the open / close states of the absorption switching valve 40, the recovery switching valve 42, the release switching valve 46, and the carbon dioxide discharge switching valve 44 as follows. The absorption switching valve 40 is closed on the anode off absorption gas pipe 37-1 side and opened on the anode off absorption gas pipe 37-2 side. The recovery switching valve 42 is closed on the recovery gas supply pipe 35-1 side and opened on the recovery gas supply pipe 35-2 side. The carbon dioxide discharge switching valve 44 is closed on the carbon dioxide discharge pipe 36-2 side and opened on the carbon dioxide discharge pipe 36-1 side. The discharge switching valve 46 is opened on the anode off discharge gas pipe 38-1 side and closed on the anode off discharge gas pipe 38-2 side.

分岐部48において2つに分岐され、アノードオフ吸収用ガス管37側へ分配された650℃程度のアノードオフガスG3は、第2二酸化炭素吸収部24へ供給される。第2二酸化炭素吸収部24では、アノードオフガスG3に含まれている二酸化炭素が二酸化炭素吸収材23に吸収される。二酸化炭素が除去されたCO除去オフガスG4は、第2二酸化炭素吸収部24から排出され、回収ガス供給管35を経て、水蒸気改質器12へ供給され、燃料電池スタック14での発電に再利用される。 The anode off gas G3 having a temperature of about 650 ° C. branched into two at the branching portion 48 and distributed to the anode off absorbing gas pipe 37 side is supplied to the second carbon dioxide absorbing portion 24. In the second carbon dioxide absorber 24, the carbon dioxide contained in the anode off gas G <b> 3 is absorbed by the carbon dioxide absorber 23. The CO 2 removal off-gas G4 from which carbon dioxide has been removed is discharged from the second carbon dioxide absorption unit 24, supplied to the steam reformer 12 through the recovery gas supply pipe 35, and regenerated for power generation in the fuel cell stack 14. Used.

一方、アノードオフ放出用ガス管38側へ分配されたアノードオフガスG3は、熱交換器で700℃〜900℃に加熱され、第1二酸化炭素吸収部22へ供給される。第1二酸化炭素吸収部22では、二酸化炭素吸収材23に吸収されていた二酸化炭素が放出される。放出された二酸化炭素を含むCO含有オフガスG7は、二酸化炭素排出管36を経て燃焼器18へ供給される。燃焼器18では、供給されたCO除去オフガスG7をカソードオフガス管31からのカソードオフガスG2と混合し、燃焼させる。燃焼器18で得られた高温の燃焼排ガスG5は、水蒸気改質器12内の触媒の加熱等、燃料電池システム10A内の各部に供給されて利用される。 On the other hand, the anode off gas G3 distributed to the anode off discharge gas pipe 38 side is heated to 700 ° C. to 900 ° C. by the heat exchanger, and is supplied to the first carbon dioxide absorber 22. In the first carbon dioxide absorber 22, the carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorbent 23 is released. The CO 2 -containing offgas G 7 containing the released carbon dioxide is supplied to the combustor 18 through the carbon dioxide discharge pipe 36. In the combustor 18, the supplied CO 2 removal off gas G 7 is mixed with the cathode off gas G 2 from the cathode off gas pipe 31 and burned. The high-temperature combustion exhaust gas G5 obtained by the combustor 18 is supplied to and used for each part in the fuel cell system 10A, such as heating of the catalyst in the steam reformer 12.

上記の運転モードM2についても、第2二酸化炭素吸収部24に収納された二酸化炭素吸収材23での二酸化炭素の吸収容量、第1二酸化炭素吸収部22に収納された二酸化炭素吸収材23の二酸化炭素の放出速度等に応じて定められた、所定の時間T2の間、継続される。時間T2は、時間T1と同一に設定してもよいし、異なる時間を設定してもよい。所定時間T2の経過後、制御部70によって、運転モードM1に切り替えられる。運転モードM1と運転モードM2を交互に繰り返すことにより、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24において二酸化炭素の吸収、放出を交互に行って、燃料電池スタック14での連続した発電を行うことができる。   Also in the operation mode M2, the carbon dioxide absorption capacity of the carbon dioxide absorbent 23 accommodated in the second carbon dioxide absorbent 24 and the carbon dioxide absorbent 23 of the carbon dioxide absorbent 23 accommodated in the first carbon dioxide absorbent 22 are used. This is continued for a predetermined time T2 determined according to the carbon release rate or the like. The time T2 may be set to be the same as the time T1, or may be set to a different time. After the elapse of the predetermined time T2, the control unit 70 switches to the operation mode M1. By alternately repeating the operation mode M1 and the operation mode M2, the first carbon dioxide absorption unit 22 and the second carbon dioxide absorption unit 24 alternately absorb and release carbon dioxide, and the fuel cell stack 14 continues. It can generate electricity.

本実施形態の燃料電池システム10Aでは、酸素の含有量がゼロ、または僅かに含有される程度であるアノードオフガスG3を高温にして、二酸化炭素吸収材23から二酸化炭素を放出させるためのガスとして用いる。したがって、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24に残留する水素や一酸化炭素の燃焼により、容器内に急激な温度変化や圧力変化が生じることを抑制できる。これにより、二酸化炭素吸収材23や容器へのダメージが抑制され、これらの耐用年数を延ばすことができる。   In the fuel cell system 10A of the present embodiment, the anode off-gas G3 having a zero or slightly contained oxygen content is used as a gas for releasing carbon dioxide from the carbon dioxide absorbent 23 at a high temperature. . Therefore, it is possible to suppress a sudden change in temperature or pressure in the container due to the combustion of hydrogen and carbon monoxide remaining in the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24. Thereby, the damage to the carbon dioxide absorber 23 and the container is suppressed, and the useful life of these can be extended.

また、本実施形態では、燃料電池スタック14から排出されたアノードオフガスG3に含まれる未反応の水素及び一酸化炭素を再利用するので、燃料の利用効率を向上させることができる。さらに、再利用には、二酸化炭素吸収部22、24で二酸化炭素の濃度が低下された後の、CO除去オフガスG4が用いられるので、COを除去しないアノードオフガスG3を再利用する場合と比較して、燃料電池スタック14での発電効率を高めることができる。 Moreover, in this embodiment, since the unreacted hydrogen and carbon monoxide contained in the anode off gas G3 discharged from the fuel cell stack 14 are reused, the fuel utilization efficiency can be improved. Further, since the CO 2 removal off gas G4 after the concentration of carbon dioxide is reduced in the carbon dioxide absorption units 22 and 24 is used for reuse, the anode off gas G3 that does not remove CO 2 is reused. In comparison, the power generation efficiency in the fuel cell stack 14 can be increased.

なお、燃料電池システム10Aは請求項4、7の発明に係る燃料電池システムの一例である。また、本実施形態では、改質器12として水蒸気改質を行うものを例に説明したが、他にも、部分酸化改質、シフト反応改質、二酸化炭素改質などを行う他の改質器により、水素と一酸化炭素を生成してもよい。 The fuel cell system 10A is an example of a fuel cell system according to claims 4 and 7. Further, in the present embodiment, the reformer 12 that performs steam reforming has been described as an example, but other reformers that perform partial oxidation reforming, shift reaction reforming, carbon dioxide reforming, and the like are also available. The vessel may produce hydrogen and carbon monoxide.

〔第2実施形態〕
次に本発明の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted.

図3には、本第2実施形態に係る燃料電池システム10Bが示されている。燃料電池システム10Bは、第1実施形態で説明した燃料電池システム10Aと比較して、第2燃料電池スタック50が設けられている点が主に相違している。本実施形態では、第1実施形態の燃料電池スタック14と同一の燃料電池スタックを、第1燃料電池スタック15と称する。   FIG. 3 shows a fuel cell system 10B according to the second embodiment. The fuel cell system 10B is mainly different from the fuel cell system 10A described in the first embodiment in that a second fuel cell stack 50 is provided. In the present embodiment, the same fuel cell stack as the fuel cell stack 14 of the first embodiment is referred to as a first fuel cell stack 15.

第1燃料電池スタック15のアノード14Aの下流側には、分岐部48は設けられず、アノードオフガス管34が吸収切替弁40を介して第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24に各々接続されている。なお、吸収切替弁40から第1二酸化炭素吸収部22までのアノードオフガス管34の符号を「34−1」で示し、吸収切替弁40から二酸化炭素吸収部24までのアノードオフガス管34の符号を「34−2」で示す。第1二酸化炭素吸収部22又は第2二酸化炭素吸収部24へ供給されるアノードオフガスG3は、650℃程度である。   The branch portion 48 is not provided on the downstream side of the anode 14 </ b> A of the first fuel cell stack 15, and the anode off-gas pipe 34 is connected to the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 via the absorption switching valve 40. Is connected to each. In addition, the code | symbol of the anode off gas pipe 34 from the absorption switching valve 40 to the 1st carbon dioxide absorption part 22 is shown by "34-1", and the code | symbol of the anode off gas pipe 34 from the absorption switching valve 40 to the carbon dioxide absorption part 24 is shown. This is indicated by “34-2”. The anode off gas G3 supplied to the first carbon dioxide absorber 22 or the second carbon dioxide absorber 24 is about 650 ° C.

回収ガス供給管35の他端は、後述する第2燃料電池スタック50のアノード50Aと接続されている。アノード50Aには、回収ガス供給管35からCO除去オフガスG4が供給される。 The other end of the recovered gas supply pipe 35 is connected to an anode 50A of a second fuel cell stack 50 described later. The anode 50A is supplied with the CO 2 removal off gas G4 from the recovered gas supply pipe 35.

第2燃料電池スタック50は、第1燃料電池スタック15と同様に、アノード50A、カソード50Bを有している。アノード50Aには、回収ガス供給管35の他端が接続され、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24から排出されたCO除去オフガスG4がアノード50Aへ供給される。また、カソード50Bには、カソードオフガス管31が接続されており、カソード14Bから排出されるカソードオフガスG2がカソード50Bへ供給される。 Similar to the first fuel cell stack 15, the second fuel cell stack 50 includes an anode 50A and a cathode 50B. The other end of the recovered gas supply pipe 35 is connected to the anode 50A, and the CO 2 removal off-gas G4 discharged from the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 is supplied to the anode 50A. The cathode 50B is connected to the cathode offgas pipe 31, and the cathode offgas G2 discharged from the cathode 14B is supplied to the cathode 50B.

第2燃料電池スタック50のアノード50A、カソード50Bでは、各々、第1燃料電池スタック15と同様の作動原理により、発電が行われる。なお、本実施形態では、第2燃料電池スタック50は、固体酸化物型の燃料電池スタックであるが、これに代えて、溶融炭酸塩型の燃料電池スタックを設けてもよい。   Electric power is generated on the anode 50A and the cathode 50B of the second fuel cell stack 50 by the same operation principle as that of the first fuel cell stack 15, respectively. In the present embodiment, the second fuel cell stack 50 is a solid oxide fuel cell stack. Alternatively, a molten carbonate fuel cell stack may be provided.

第2燃料電池スタック50のアノード50Aの出口側には、第2アノードオフガス管58の一端が接続されている。アノード50Aから排出された第2アノードオフガスG6は、放出切替弁46を介して第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24と接続されている。第2アノードオフガスG6は、放出切替弁46よりも上流側で、不図示の熱交換器により750℃〜900℃に加熱される。   One end of a second anode off-gas pipe 58 is connected to the outlet side of the anode 50 </ b> A of the second fuel cell stack 50. The second anode off-gas G6 discharged from the anode 50A is connected to the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 via the release switching valve 46. The second anode off gas G6 is heated to 750 ° C. to 900 ° C. by a heat exchanger (not shown) on the upstream side of the discharge switching valve 46.

第2燃料電池スタック50のカソード50Bには、燃焼供給ガス管39の一端が接続されており、燃焼供給ガス管39の他端は燃焼器18に接続されて、カソードオフガスG2が燃焼器18へ供給される。第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24から放出されて燃焼器18へ供給されたCO含有オフガスG7は、カソード50Bから排出されたカソードオフガスG2と混合されて、燃焼器18で燃焼される。 One end of a combustion supply gas pipe 39 is connected to the cathode 50B of the second fuel cell stack 50, the other end of the combustion supply gas pipe 39 is connected to the combustor 18, and the cathode offgas G2 is sent to the combustor 18. Supplied. The CO 2 -containing offgas G7 discharged from the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 and supplied to the combustor 18 is mixed with the cathode offgas G2 exhausted from the cathode 50B, and the combustor 18 is mixed. Burned in.

次に第2実施形態に係る燃料電池システム10Bの作用を説明する。   Next, the operation of the fuel cell system 10B according to the second embodiment will be described.

第2実施形態においても、運転モードM1−2と運転モードM2−2とが交互に行われる。運転モードM1−2では、第1二酸化炭素吸収部22でアノードオフガスG3の二酸化炭素吸収が行われ、第2二酸化炭素吸収部24で二酸化炭素吸収材23からの二酸化炭素の放出が行われる。運転モードM2−2では、第2二酸化炭素吸収部24でアノードオフガスG3の二酸化炭素吸収が行われ、第1二酸化炭素吸収部22で二酸化炭素吸収材23からの二酸化炭素の放出が行われる。   Also in the second embodiment, the operation mode M1-2 and the operation mode M2-2 are alternately performed. In the operation mode M1-2, the carbon dioxide absorption of the anode off gas G3 is performed by the first carbon dioxide absorption unit 22, and the carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorbent 23 by the second carbon dioxide absorption unit 24. In the operation mode M2-2, the carbon dioxide absorption of the anode off gas G3 is performed by the second carbon dioxide absorber 24, and the carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorber 23 by the first carbon dioxide absorber 22.

運転モードM1−2では、アノードオフガスG3は、第1二酸化炭素吸収部22へ供給される。第1二酸化炭素吸収部22によって二酸化炭素濃度が低減されたCO除去オフガスG4は、回収ガス供給管35を経て第2燃料電池スタック50のアノード50Aへ供給される。カソード50Bへは、第1燃料電池スタック15のカソード50Bから排出されたカソードオフガスG2が供給される。第2燃料電池スタック50では、CO除去オフガスG4を燃料として、発電が行われる。 In the operation mode M1-2, the anode off gas G3 is supplied to the first carbon dioxide absorber 22. The CO 2 removal off-gas G4 whose carbon dioxide concentration has been reduced by the first carbon dioxide absorber 22 is supplied to the anode 50A of the second fuel cell stack 50 via the recovery gas supply pipe 35. The cathode off gas G2 discharged from the cathode 50B of the first fuel cell stack 15 is supplied to the cathode 50B. In the second fuel cell stack 50, power generation is performed using the CO 2 removal off gas G4 as fuel.

第2燃料電池スタック50のアノード50Aから排出された第2アノードオフガスG6は、加熱された後、放出切替弁46を介して第2二酸化炭素吸収部24へ供給される。第2二酸化炭素吸収部24では、加熱された第2アノードオフガスG6の供給によって二酸化炭素吸収材23の再生(二酸化炭素の放出)が行われる。   The second anode off-gas G6 discharged from the anode 50A of the second fuel cell stack 50 is heated and then supplied to the second carbon dioxide absorber 24 via the release switching valve 46. In the second carbon dioxide absorber 24, regeneration of the carbon dioxide absorbent 23 (discharge of carbon dioxide) is performed by supplying the heated second anode off gas G6.

一方、運転モードM2−2では、アノードオフガスG3は、第2二酸化炭素吸収部24へ供給される。第2二酸化炭素吸収部24によって二酸化炭素濃度が低減されたCO除去オフガスG4は、回収ガス供給管35を経て第2燃料電池スタック50のアノード50Aへ供給される。カソード50Bへは、第1燃料電池スタック15のカソード50Bから排出されたカソードオフガスG2が供給される。第2燃料電池スタック50では、CO除去オフガスG4を燃料として、発電が行われる。 On the other hand, in the operation mode M2-2, the anode off gas G3 is supplied to the second carbon dioxide absorber 24. The CO 2 removal offgas G4 whose carbon dioxide concentration has been reduced by the second carbon dioxide absorber 24 is supplied to the anode 50A of the second fuel cell stack 50 via the recovery gas supply pipe 35. The cathode off gas G2 discharged from the cathode 50B of the first fuel cell stack 15 is supplied to the cathode 50B. In the second fuel cell stack 50, power generation is performed using the CO 2 removal off gas G4 as fuel.

第2燃料電池スタック50のアノード50Aから排出された第2アノードオフガスG6は、加熱された後、放出切替弁46を介して第1二酸化炭素吸収部22へ供給される。第1二酸化炭素吸収部22では、加熱された第2アノードオフガスG6の供給によって二酸化炭素吸収材23の再生(二酸化炭素の放出)が行われる。 The second anode off-gas G6 discharged from the anode 50A of the second fuel cell stack 50 is heated and then supplied to the first carbon dioxide absorber 22 through the release switching valve 46. In the 1st carbon dioxide absorption part 22, reproduction | regeneration of the carbon dioxide absorber 23 (release of a carbon dioxide) is performed by supply of the heated 2nd anode off gas G6.

本第2実施形態に係る燃料電池システム10Bでは、CO除去オフガスG4に含まれる未反応の水素及び一酸化炭素を燃料ガスとして発電する第2燃料電池スタック50を設けたので、燃料の利用効率を向上させることができる。また、燃料電池システム10Bは、その他の第1実施形態と同様の効果を奏することもできる。 In the fuel cell system 10B according to the second embodiment, since the second fuel cell stack 50 that generates power using unreacted hydrogen and carbon monoxide contained in the CO 2 removal off-gas G4 as fuel gas is provided, fuel utilization efficiency Can be improved. Further, the fuel cell system 10B can achieve the same effects as those of the other first embodiments.

なお、燃料電池システム10Bは請求項3、7の発明に係る燃料電池システムの一例である。 The fuel cell system 10B is an example of a fuel cell system according to claims 3 and 7.

〔第3実施形態〕
次に本発明の第3実施形態について説明する。なお、第1、第2実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as 1st, 2nd embodiment, and description is abbreviate | omitted.

図4には、本第3実施形態に係る燃料電池システム10Cが示されている。燃料電池システム10Cは、第2実施形態で説明した燃料電池システム10Bと比較して、第1燃料電池スタック15のアノード14Aと吸収切替弁40の間に水蒸気除去部52が設けられている点が相違している。   FIG. 4 shows a fuel cell system 10C according to the third embodiment. The fuel cell system 10C is different from the fuel cell system 10B described in the second embodiment in that a water vapor removal unit 52 is provided between the anode 14A of the first fuel cell stack 15 and the absorption switching valve 40. It is different.

水蒸気除去部52は、水蒸気分離膜を備えており、アノード14Aから排出されたアノードオフガスG3から水蒸気を除去する。水蒸気分離膜としては、高分子系、高分子−無機分子ハイブリッド膜、ゼオライト系のものを用いることができる。水蒸気除去部52では、水蒸気分離膜による水蒸気分離が可能な温度に、アノードオフガスG3が冷却される。なお、水蒸気は、水蒸気分離膜を使用しないで、温度を下げて凝縮させることにより除去してもよい。   The water vapor removing unit 52 includes a water vapor separation membrane, and removes water vapor from the anode off gas G3 discharged from the anode 14A. As the water vapor separation membrane, a polymer-based, polymer-inorganic molecular hybrid membrane, or zeolite-based membrane can be used. In the water vapor removing unit 52, the anode off gas G3 is cooled to a temperature at which water vapor separation by the water vapor separation membrane is possible. The water vapor may be removed by reducing the temperature and condensing without using a water vapor separation membrane.

水蒸気除去部52を経て水蒸気濃度が低減されたアノードオフガスG3は、不図示の熱交換器で650℃程度に加熱され、吸収切替弁40を経て第1二酸化炭素吸収部22又は第2二酸化炭素吸収部24へ送られる。第1二酸化炭素吸収部22又は第2二酸化炭素吸収部24で二酸化炭素濃度が低減されたCO除去オフガスG4は、回収ガス供給管35を経て第2燃料電池スタック50のアノード50Aへ供給され、第2燃料電池スタック50での発電に用いられる。 The anode off-gas G3 whose water vapor concentration has been reduced through the water vapor removal unit 52 is heated to about 650 ° C. by a heat exchanger (not shown), passes through the absorption switching valve 40, and absorbs the first carbon dioxide absorption unit 22 or the second carbon dioxide absorption. Sent to the unit 24. The CO 2 removal offgas G4 whose carbon dioxide concentration has been reduced by the first carbon dioxide absorber 22 or the second carbon dioxide absorber 24 is supplied to the anode 50A of the second fuel cell stack 50 through the recovery gas supply pipe 35. Used for power generation in the second fuel cell stack 50.

本第3実施形態によれば、アノードオフガスG3に含まれる水蒸気を低減させ、反応に寄与する燃料ガス(水素や一酸化炭素)の濃度を高めた再生燃料ガスが、第2燃料電池スタック50へ供給される。したがって、第2燃料電池スタック50で効率よく発電を行うことができる。   According to the third embodiment, the regenerated fuel gas in which the water vapor contained in the anode off-gas G3 is reduced and the concentration of the fuel gas (hydrogen or carbon monoxide) contributing to the reaction is increased is supplied to the second fuel cell stack 50. Supplied. Therefore, the second fuel cell stack 50 can efficiently generate power.

また、第1二酸化炭素吸収部22又は第2二酸化炭素吸収部24へ供給するアノードオフガスG3の二酸化炭素濃度を高めることができるので、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24での二酸化炭素の吸収量を多くすることができる。また、燃料電池システム10Cは、その他の第2実施形態と同様の効果を奏することもできる。   In addition, since the carbon dioxide concentration of the anode offgas G3 supplied to the first carbon dioxide absorber 22 or the second carbon dioxide absorber 24 can be increased, the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 The amount of carbon dioxide absorbed can be increased. Further, the fuel cell system 10C can achieve the same effects as those of the other second embodiment.

なお、上記では、第1燃料電池スタック15のアノード14Aと吸収切替弁40の間に水蒸気除去部52を設けたが、図5に示されるように、水蒸気除去部52を第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24と第2燃料電池スタック50の間に設ける燃料電池システム10Dとしてもよい。このように、水蒸気除去部52による水蒸気除去を、二酸化炭素濃度が低減されたCO除去オフガスG4に対して行う場合には、水蒸気除去のために冷却する冷却対象ガス、及び、冷却後に再加熱する加熱対象ガスから二酸化炭素が低減されており、加熱するガスの量が少ない。したがって、加熱に要する熱量を少なくすることができ、熱効率を向上させることができる。 In the above description, the water vapor removal unit 52 is provided between the anode 14A of the first fuel cell stack 15 and the absorption switching valve 40. However, as shown in FIG. 5, the water vapor removal unit 52 is replaced with the first carbon dioxide absorption unit. 22. The fuel cell system 10D may be provided between the second carbon dioxide absorber 24 and the second fuel cell stack 50. As described above, when the water vapor removal by the water vapor removal unit 52 is performed on the CO 2 removal off-gas G4 in which the carbon dioxide concentration is reduced, the cooling target gas to be cooled for the water vapor removal and the reheating after the cooling. Carbon dioxide is reduced from the gas to be heated, and the amount of gas to be heated is small. Therefore, the amount of heat required for heating can be reduced, and the thermal efficiency can be improved.

なお、燃料電池システム10Cは、請求項5記載の発明に係る燃料電池システムの一例であり、燃料電池システム10Dは、請求項6記載の発明に係る燃料電池システムの一例である。 The fuel cell system 10C is an example of a fuel cell system according to the invention described in claim 5, and the fuel cell system 10D is an example of the fuel cell system according to the invention described in claim 6.

〔第4実施形態〕
次に本発明の第4実施形態について説明する。なお、第1〜第3実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as 1st-3rd embodiment, and description is abbreviate | omitted.

図6には、本第4実施形態に係る燃料電池システム10Eが示されている。燃料電池システム10Eは、第1実施形態で説明した燃料電池システム10Aと比較して、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24の二酸化炭素吸収材23から二酸化炭素を放出させる気体が炭化水素燃料ガスである点が主として相違している。 FIG. 6 shows a fuel cell system 10E according to the fourth embodiment. The fuel cell system 10E is a gas that releases carbon dioxide from the carbon dioxide absorbent 23 of the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 as compared with the fuel cell system 10A described in the first embodiment. Is mainly a hydrocarbon fuel gas.

水蒸気改質器12には、原料ガス管28は接続されず、後述するパージ後燃料ガス供給管60が接続されている。パージ後燃料ガス供給管60から水蒸気改質器12へは、後述する二酸化炭素含有燃料ガスG8が供給される。 The steam reformer 12 is not connected to the raw material gas pipe 28 but is connected to a post-purge fuel gas supply pipe 60 described later. A carbon dioxide-containing fuel gas G8 described later is supplied from the purged fuel gas supply pipe 60 to the steam reformer 12.

アノードオフガス管34の途中に設けられた分岐部48において、2つに分岐された一方側は、吸収切替弁40を介して第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24に各々接続されている。他方側は、燃焼用ガス供給管62として、燃焼器18に接続されている。 In the branch part 48 provided in the middle of the anode off-gas pipe 34, one side branched into two is connected to the first carbon dioxide absorption part 22 and the second carbon dioxide absorption part 24 via the absorption switching valve 40, respectively. Has been. The other side is connected to the combustor 18 as a combustion gas supply pipe 62.

放出切替弁46には、原料ガス管28が接続されている。原料ガス管28からは、700℃〜900℃の高温の炭化水素燃料ガスG9が、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24に供給される。炭化水素燃料ガスG9の酸素濃度は、カソードオフガスG2の酸素濃度よりも低く、ゼロまたは1%未満である。以下、放出切替弁46から第1二酸化炭素吸収部22までの原料ガス管28の符号を「28−1」で示し、放出切替弁46から第2二酸化炭素吸収部24までの原料ガス管28の符号を「28−2」で示す。放出切替弁46は、原料ガス管28を第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24の何れか他方(アノードオフガス管34と連通されていない方)と連通させることで、原料ガス管28から供給された炭化水素燃料ガスG9を第1二酸化炭素吸収部22又は第2二酸化炭素吸収部24へ択一的に供給する。 A material gas pipe 28 is connected to the discharge switching valve 46. From the source gas pipe 28, a high-temperature hydrocarbon fuel gas G <b> 9 of 700 ° C. to 900 ° C. is supplied to the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24. The oxygen concentration of the hydrocarbon fuel gas G9 is lower than the oxygen concentration of the cathode offgas G2, and is zero or less than 1%. Hereinafter, the code | symbol of the raw material gas pipe 28 from the discharge switching valve 46 to the 1st carbon dioxide absorption part 22 is shown by "28-1," and the raw material gas pipe 28 from the discharge switching valve 46 to the 2nd carbon dioxide absorption part 24 is shown. The code is indicated by “28-2”. The release switching valve 46 communicates the source gas pipe 28 with one of the first carbon dioxide absorption part 22 and the second carbon dioxide absorption part 24 (one that is not in communication with the anode offgas pipe 34), so that the source gas is supplied. The hydrocarbon fuel gas G9 supplied from the pipe 28 is alternatively supplied to the first carbon dioxide absorber 22 or the second carbon dioxide absorber 24.

炭化水素燃料ガスG9が供給された第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24は、二酸化炭素吸収材23が二酸化炭素を放出する環境条件となり、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24では、二酸化炭素吸収材23から二酸化炭素が放出される。以下、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24から放出された二酸化炭素を含む炭化水素燃料ガスG9を、「二酸化炭素含有燃料ガスG8」という。 The first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 to which the hydrocarbon fuel gas G9 is supplied are in an environmental condition in which the carbon dioxide absorber 23 releases carbon dioxide, and the first carbon dioxide absorber 22, In the carbon dioxide absorber 24, carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorber 23. Hereinafter, the hydrocarbon fuel gas G9 containing carbon dioxide released from the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 is referred to as “carbon dioxide-containing fuel gas G8”.

第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24のガス排出側には、パージ後燃料ガス供給管60の一端が接続されており、パージ後燃料ガス供給管60には、二酸化炭素排出切替弁44が設けられている。以下、第1二酸化炭素吸収部22から二酸化炭素排出切替弁44までのパージ後燃料ガス供給管60の符号を「60−1」で示し、第2二酸化炭素吸収部24から二酸化炭素排出切替弁44までのパージ後燃料ガス供給管60の符号を「60−2」で示す。   One end of a purged fuel gas supply pipe 60 is connected to the gas discharge side of the first carbon dioxide absorption part 22 and the second carbon dioxide absorption part 24, and carbon dioxide discharge is connected to the purged fuel gas supply pipe 60. A switching valve 44 is provided. Hereinafter, the symbol of the purged fuel gas supply pipe 60 from the first carbon dioxide absorption unit 22 to the carbon dioxide discharge switching valve 44 is indicated by “60-1”, and the carbon dioxide discharge switching valve 44 from the second carbon dioxide absorption unit 24 is indicated. The symbol of the purged fuel gas supply pipe 60 up to is indicated by “60-2”.

パージ後燃料ガス供給管60の他端は、水蒸気改質器12と接続されている。水蒸気改質器12へは、パージ後燃料ガス供給管60から二酸化炭素含有燃料ガスG8が供給される。   The other end of the purged fuel gas supply pipe 60 is connected to the steam reformer 12. The steam reformer 12 is supplied with the carbon dioxide-containing fuel gas G8 from the purged fuel gas supply pipe 60.

水蒸気改質器12では、供給された二酸化炭素含有燃料ガスG8を、水供給管26を介して供給された水(水蒸気)を利用して水蒸気改質し、水素を含む600℃程度の温度の燃料ガスG1を生成する。水蒸気改質器12は、燃料電池スタック14のアノード14Aと接続されており、燃料ガスG1を、燃料ガス管32を介して燃料電池スタック14のアノード14Aへ供給する。   In the steam reformer 12, the supplied carbon dioxide-containing fuel gas G8 is steam-reformed using water (steam) supplied through the water supply pipe 26, and the temperature of about 600 ° C. containing hydrogen is increased. Fuel gas G1 is generated. The steam reformer 12 is connected to the anode 14 </ b> A of the fuel cell stack 14, and supplies the fuel gas G <b> 1 to the anode 14 </ b> A of the fuel cell stack 14 via the fuel gas pipe 32.

次に、第4実施形態に係る燃料電池システム10Aの作用を説明する。本実施形態においても、運転モードM1−4と運転モードM2−4とが交互に行われる。運転モードM1−4では、第1二酸化炭素吸収部22でアノードオフガスG3の二酸化炭素吸収が行われ、第2二酸化炭素吸収部24で二酸化炭素吸収材23からの二酸化炭素の放出が行われる。運転モードM2−2では、第2二酸化炭素吸収部24でアノードオフガスG3の二酸化炭素吸収が行われ、第1二酸化炭素吸収部22で二酸化炭素吸収材23からの二酸化炭素の放出が行われる。   Next, the operation of the fuel cell system 10A according to the fourth embodiment will be described. Also in this embodiment, the operation mode M1-4 and the operation mode M2-4 are performed alternately. In the operation mode M1-4, the carbon dioxide absorption of the anode offgas G3 is performed by the first carbon dioxide absorption section 22, and the carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorbent 23 by the second carbon dioxide absorption section 24. In the operation mode M2-2, the carbon dioxide absorption of the anode off gas G3 is performed by the second carbon dioxide absorber 24, and the carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorber 23 by the first carbon dioxide absorber 22.

分岐部48でアノードオフ吸収用ガス管37側へ分配された650℃程度のアノードオフガスG3は、第1二酸化炭素吸収部22へ供給される。第1二酸化炭素吸収部22では、アノードオフガスG3に含まれている二酸化炭素が二酸化炭素吸収材23に吸収される。二酸化炭素が除去されたCO除去オフガスG4は、第1二酸化炭素吸収部22から排出され、回収ガス供給管35を経て、水蒸気改質器12へ供給され、燃料電池スタック14での発電に再利用される。一方、燃焼用ガス供給管62側へ分配されたアノードオフガスG3は、燃焼器18へ供給され、カソードオフガスG2と混合され燃焼される。燃焼器18で得られた高温の燃焼排ガスG5は、水蒸気改質器12内の触媒の加熱等、燃料電池システム10E内の各部に供給されて利用される。 The anode off gas G3 at about 650 ° C. distributed to the anode off absorption gas pipe 37 side at the branching section 48 is supplied to the first carbon dioxide absorption section 22. In the first carbon dioxide absorber 22, carbon dioxide contained in the anode offgas G <b> 3 is absorbed by the carbon dioxide absorbent 23. The CO 2 removal off-gas G4 from which carbon dioxide has been removed is discharged from the first carbon dioxide absorption unit 22, supplied to the steam reformer 12 through the recovered gas supply pipe 35, and regenerated for power generation in the fuel cell stack 14. Used. On the other hand, the anode off gas G3 distributed to the combustion gas supply pipe 62 side is supplied to the combustor 18, and mixed with the cathode off gas G2 and burned. The high-temperature combustion exhaust gas G5 obtained by the combustor 18 is supplied to and used for each part in the fuel cell system 10E such as heating of the catalyst in the steam reformer 12.

700℃〜900℃に加熱された炭化水素燃料ガスG9は、第2二酸化炭素吸収部24へ供給される。第2二酸化炭素吸収部24では、二酸化炭素吸収材23に吸収されていた二酸化炭素が放出される。放出された二酸化炭素を含む二酸化炭素含有燃料ガスG8は、パージ後燃料ガス供給管60を経て水蒸気改質器12へ供給される。水蒸気改質器12では、水(水蒸気)を利用して二酸化炭素含有燃料ガスG8を水蒸気改質し、水素を含む600℃程度の温度の燃料ガスG1を生成する。   The hydrocarbon fuel gas G9 heated to 700 ° C. to 900 ° C. is supplied to the second carbon dioxide absorber 24. In the second carbon dioxide absorber 24, the carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorber 23 is released. The carbon dioxide-containing fuel gas G8 containing the released carbon dioxide is supplied to the steam reformer 12 via the purged fuel gas supply pipe 60. In the steam reformer 12, the carbon dioxide-containing fuel gas G8 is steam reformed using water (steam) to generate a fuel gas G1 containing hydrogen and having a temperature of about 600 ° C.

上記の運転モードM1−4は、第1二酸化炭素吸収部22に収納された二酸化炭素吸収材23での二酸化炭素の吸収容量、第2二酸化炭素吸収部24内の二酸化炭素吸収材23の二酸化炭素の放出速度等に応じて定められた、所定の時間T1−4の間、継続される。所定時間T1−4の経過後、運転モードM2−4が実行される。運転モードM2−4では、第2二酸化炭素吸収部24でアノードオフガスG3の二酸化炭素吸収が行われ、第1二酸化炭素吸収部22で二酸化炭素吸収材23からの二酸化炭素の放出が行われる。   Said operation mode M1-4 is the carbon dioxide absorption capacity in the carbon dioxide absorber 23 accommodated in the 1st carbon dioxide absorber 22, and the carbon dioxide of the carbon dioxide absorber 23 in the 2nd carbon dioxide absorber 24. For a predetermined time T1-4 determined according to the release rate of After the elapse of the predetermined time T1-4, the operation mode M2-4 is executed. In the operation mode M2-4, the carbon dioxide absorption of the anode off gas G3 is performed by the second carbon dioxide absorption unit 24, and the carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorbent 23 by the first carbon dioxide absorption unit 22.

分岐部48でアノードオフ吸収用ガス管37側へ分配された650℃程度のアノードオフガスG3は、第2二酸化炭素吸収部24へ供給される。第1二酸化炭素吸収部22では、アノードオフガスG3に含まれている二酸化炭素が二酸化炭素吸収材23に吸収される。二酸化炭素が除去されたCO除去オフガスG4は、第2二酸化炭素吸収部24から排出され、回収ガス供給管35を経て、水蒸気改質器12へ供給され、燃料電池スタック14での発電に再利用される。 The anode off gas G3 at about 650 ° C. distributed to the anode off absorption gas pipe 37 side at the branching section 48 is supplied to the second carbon dioxide absorption section 24. In the first carbon dioxide absorber 22, carbon dioxide contained in the anode offgas G <b> 3 is absorbed by the carbon dioxide absorbent 23. The CO 2 removal off-gas G4 from which carbon dioxide has been removed is discharged from the second carbon dioxide absorption unit 24, supplied to the steam reformer 12 through the recovery gas supply pipe 35, and regenerated for power generation in the fuel cell stack 14. Used.

一方、熱交換器で700℃〜900℃に加熱された炭化水素燃料ガスG9は、第1二酸化炭素吸収部22へ供給される。第1二酸化炭素吸収部22では、二酸化炭素吸収材23に吸収されていた二酸化炭素が放出される。放出された二酸化炭素を含む二酸化炭素含有燃料ガスG8は、パージ後燃料ガス供給管60を経て水蒸気改質器12へ供給される。水蒸気改質器12では、水(水蒸気)を利用して二酸化炭素含有燃料ガスG8を水蒸気改質し、水素を含む600℃程度の温度の燃料ガスG1を生成する。   On the other hand, the hydrocarbon fuel gas G9 heated to 700 ° C. to 900 ° C. by the heat exchanger is supplied to the first carbon dioxide absorber 22. In the first carbon dioxide absorber 22, the carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorbent 23 is released. The carbon dioxide-containing fuel gas G8 containing the released carbon dioxide is supplied to the steam reformer 12 via the purged fuel gas supply pipe 60. In the steam reformer 12, the carbon dioxide-containing fuel gas G8 is steam reformed using water (steam) to generate a fuel gas G1 containing hydrogen and having a temperature of about 600 ° C.

上記の運転モードM2−4についても、第2二酸化炭素吸収部24に収納された二酸化炭素吸収材23での二酸化炭素の吸収容量、第1二酸化炭素吸収部22に収納された二酸化炭素吸収材23の二酸化炭素の放出速度等に応じて定められた、所定の時間T2−4の間、継続される。所定時間T2−4の経過後、制御部70によって、運転モードM1−4に切り替えられる。運転モードM1−4と運転モードM2−4を交互に繰り返すことにより、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24において二酸化炭素の吸収、放出を交互に行って、燃料電池スタック14での連続した発電を行うことができる。   Also in the above operation mode M2-4, the carbon dioxide absorption capacity in the carbon dioxide absorbent 23 accommodated in the second carbon dioxide absorber 24, and the carbon dioxide absorbent 23 accommodated in the first carbon dioxide absorber 22. This is continued for a predetermined time T2-4 determined according to the release rate of carbon dioxide. After the elapse of the predetermined time T2-4, the controller 70 switches to the operation mode M1-4. By alternately repeating the operation mode M1-4 and the operation mode M2-4, the first carbon dioxide absorption unit 22 and the second carbon dioxide absorption unit 24 alternately absorb and release carbon dioxide, and the fuel cell stack 14 Continuous power generation at can be performed.

本実施形態の燃料電池システム10Eでは、酸素の含有量がゼロまたは1%未満である炭化水素燃料ガスG9を高温にして、二酸化炭素吸収材23から二酸化炭素を放出させるためのガス(スイープガス)として用いる。したがって、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24に残留する水素や一酸化炭素の燃焼により、容器内に急激な温度変化や圧力変化が生じることを抑制できる。これにより、二酸化炭素吸収材23や容器へのダメージが抑制され、これらの耐用年数を延ばすことができる。   In the fuel cell system 10E of the present embodiment, a gas (sweep gas) for releasing carbon dioxide from the carbon dioxide absorbent 23 by setting the hydrocarbon fuel gas G9 having an oxygen content of zero or less than 1% to a high temperature. Used as Therefore, it is possible to suppress a sudden change in temperature or pressure in the container due to the combustion of hydrogen and carbon monoxide remaining in the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24. Thereby, the damage to the carbon dioxide absorber 23 and the container is suppressed, and the useful life of these can be extended.

また、本実施形態では、燃料電池スタック14から排出されたアノードオフガスG3に含まれる未反応の水素及び一酸化炭素を再利用するので、燃料の利用効率を向上させることができる。さらに、再利用には、二酸化炭素吸収部22、24で二酸化炭素の濃度が低下された後の、CO除去オフガスG4が用いられるので、COを除去しないアノードオフガスG3を再利用する場合と比較して、燃料電池スタック14での発電効率を高めることができる。 Moreover, in this embodiment, since the unreacted hydrogen and carbon monoxide contained in the anode off gas G3 discharged from the fuel cell stack 14 are reused, the fuel utilization efficiency can be improved. Further, since the CO 2 removal off gas G4 after the concentration of carbon dioxide is reduced in the carbon dioxide absorption units 22 and 24 is used for reuse, the anode off gas G3 that does not remove CO 2 is reused. In comparison, the power generation efficiency in the fuel cell stack 14 can be increased.

なお、本実施形態では、改質器として、水蒸気改質器12を用いたが、図7に示すように、改質器として、二酸化炭素改質器12Aを用いた燃料電池システム10Fとしてもよい。この場合には、改質用の水が不要となるため、二酸化炭素改質器12Aに水供給管26は接続されていない。   In this embodiment, the steam reformer 12 is used as the reformer. However, as shown in FIG. 7, a fuel cell system 10F using a carbon dioxide reformer 12A may be used as the reformer. . In this case, since water for reforming is unnecessary, the water supply pipe 26 is not connected to the carbon dioxide reformer 12A.

なお、燃料電池システム10E、10Fは請求項4、請求項9の発明に係る燃料電池システムの一例である。 The fuel cell systems 10E and 10F are examples of the fuel cell system according to claims 4 and 9.

〔第5実施形態〕
次に本発明の第5実施形態について説明する。なお、第1〜第5実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as 1st-5th embodiment, and description is abbreviate | omitted.

図8には、本第5実施形態に係る燃料電池システム10Gが示されている。燃料電池システム10Gは、第4実施形態で説明した燃料電池システム10Fと比較して、第2燃料電池スタック50が設けられている点が主に相違している。 FIG. 8 shows a fuel cell system 10G according to the fifth embodiment. The fuel cell system 10G is mainly different from the fuel cell system 10F described in the fourth embodiment in that a second fuel cell stack 50 is provided.

本実施形態では、第2実施形態と同様の、第1燃料電池スタック15及び第2燃料電池スタック50を備えている。第2燃料電池スタック50のアノード50Aには、回収ガス供給管35の他端が接続され、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24から排出されたCO除去オフガスG4は、アノード50Aへ供給される。また、カソード50Bには、カソードオフガス管31が接続されており、カソード14Bから排出されるカソードオフガスG2がカソード50Bへ供給される。 In the present embodiment, the first fuel cell stack 15 and the second fuel cell stack 50 are provided as in the second embodiment. The other end of the recovered gas supply pipe 35 is connected to the anode 50A of the second fuel cell stack 50, and the CO 2 removal off-gas G4 discharged from the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 is Supplied to the anode 50A. The cathode 50B is connected to the cathode offgas pipe 31, and the cathode offgas G2 discharged from the cathode 14B is supplied to the cathode 50B.

アノード50Aの出口側には、第2アノードオフガス管58の一端が接続されている。第2アノードオフガス管58の他端は、燃焼器18に接続されている。アノード50Aから排出された第2アノードオフガスG6は、燃焼器18へ供給される。   One end of a second anode off-gas pipe 58 is connected to the outlet side of the anode 50A. The other end of the second anode offgas pipe 58 is connected to the combustor 18. The second anode off gas G6 discharged from the anode 50A is supplied to the combustor 18.

次に第5実施形態に係る燃料電池システム10Gの作用を説明する。   Next, the operation of the fuel cell system 10G according to the fifth embodiment will be described.

本実施形態においても、運転モードM1−5と運転モードM2−5とが交互に行われる。運転モードM1−5では、第1二酸化炭素吸収部22でアノードオフガスG3の二酸化炭素吸収が行われ、第2二酸化炭素吸収部24で二酸化炭素吸収材23からの二酸化炭素の放出が行われる。運転モードM2−5では、第2二酸化炭素吸収部24でアノードオフガスG3の二酸化炭素吸収が行われ、第1二酸化炭素吸収部22で二酸化炭素吸収材23からの二酸化炭素の放出が行われる。   Also in this embodiment, the operation mode M1-5 and the operation mode M2-5 are performed alternately. In the operation mode M1-5, the carbon dioxide absorption of the anode off gas G3 is performed by the first carbon dioxide absorption unit 22, and the carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorbent 23 by the second carbon dioxide absorption unit 24. In the operation mode M2-5, the carbon dioxide absorption of the anode off gas G3 is performed by the second carbon dioxide absorption section 24, and the carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorbent 23 by the first carbon dioxide absorption section 22.

本実施形態では、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24で二酸化炭素が除去された後のCO除去オフガスG4は、回収ガス供給管35を経て第2燃料電池スタック50のアノード50Aへ供給され、発電に供される。アノード50Aから排出された第2アノードオフガスG6は燃焼器18へ供給され、カソード50Bから排出されるカソードオフガスG2と混合され、燃焼される。その他の作用については、第4実施形態と同様である。 In the present embodiment, the CO 2 removal off-gas G4 from which carbon dioxide has been removed by the first carbon dioxide absorption unit 22 and the second carbon dioxide absorption unit 24 passes through the recovery gas supply pipe 35 and is supplied to the second fuel cell stack 50. Supplied to the anode 50A and used for power generation. The second anode off gas G6 discharged from the anode 50A is supplied to the combustor 18, mixed with the cathode off gas G2 discharged from the cathode 50B, and burned. Other operations are the same as those in the fourth embodiment.

本第5実施形態に係る燃料電池システム10Gでは、CO除去オフガスG4に含まれる未反応の水素及び一酸化炭素を燃料ガスとして発電する第2燃料電池スタック50を設けたので、燃料の利用効率を向上させることができる。また、燃料電池システム10Gは、その他の第4実施形態と同様の効果を奏することもできる。 In the fuel cell system 10G according to the fifth embodiment, since the second fuel cell stack 50 that generates power using unreacted hydrogen and carbon monoxide contained in the CO 2 removal off-gas G4 as fuel gas is provided, the fuel utilization efficiency Can be improved. Further, the fuel cell system 10G can achieve the same effects as those of the other fourth embodiment.

なお、本実施形態では、改質器として、水蒸気改質器12を用いたが、図9に示すように、改質器として、二酸化炭素改質器12Aを用いた燃料電池システム10Hとしてもよい。この場合には、改質用の水が不要となるため、二酸化炭素改質器12Aに水供給管26は接続されていない。   In this embodiment, the steam reformer 12 is used as the reformer. However, as shown in FIG. 9, a fuel cell system 10H using a carbon dioxide reformer 12A may be used as the reformer. . In this case, since water for reforming is unnecessary, the water supply pipe 26 is not connected to the carbon dioxide reformer 12A.

なお、燃料電池システム10G、10Hは請求項3、請求項9の発明に係る燃料電池システムの一例である。 The fuel cell systems 10G and 10H are examples of the fuel cell system according to the third and ninth aspects of the invention.

〔第6実施形態〕
次に本発明の第6実施形態について説明する。なお、第1〜第5実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as 1st-5th embodiment, and description is abbreviate | omitted.

図10には、本第6実施形態に係る燃料電池システム10Iが示されている。燃料電池システム10Iは、第1実施形態で説明した燃料電池システム10Aと比較して、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24の二酸化炭素吸収材23から二酸化炭素を放出させる気体(スイープガス)が水蒸気である点が主として相違している。 FIG. 10 shows a fuel cell system 10I according to the sixth embodiment. The fuel cell system 10I is a gas that releases carbon dioxide from the carbon dioxide absorbent 23 of the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 compared to the fuel cell system 10A described in the first embodiment. The main difference is that the (sweep gas) is water vapor.

水蒸気改質器12には、水供給管26は接続されず、後述するパージ後水蒸気供給管64が接続されている。パージ後水蒸気供給管64から水蒸気改質器12へは、後述する二酸化炭素含有水蒸気G12が供給される。 The steam reformer 12 is not connected to the water supply pipe 26 but is connected to a post-purging steam supply pipe 64 described later. Carbon dioxide-containing steam G12, which will be described later, is supplied to the steam reformer 12 from the purged steam supply pipe 64.

アノードオフガス管34の途中に設けられた分岐部48において、2つに分岐された一方側は、吸収切替弁40を介して第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24に各々接続されている。他方側は、燃焼用ガス供給管62として、燃焼器18に接続されている。 In the branch part 48 provided in the middle of the anode off-gas pipe 34, one side branched into two is connected to the first carbon dioxide absorption part 22 and the second carbon dioxide absorption part 24 via the absorption switching valve 40, respectively. Has been. The other side is connected to the combustor 18 as a combustion gas supply pipe 62.

放出切替弁46には、水供給管26が接続されている。水供給管26からは、700℃〜900℃の高温の水蒸気G13が、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24に供給される。水蒸気G13の酸素濃度は、カソードオフガスG2よりも低く、1%以下となっている。以下、放出切替弁46から第1二酸化炭素吸収部22までの水供給管26の符号を「26−1」で示し、放出切替弁46から第2二酸化炭素吸収部24までの水供給管26の符号を「26−2」で示す。放出切替弁46は、水供給管26を第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24の何れか他方(アノードオフガス管34と連通されていない方)と連通させることで、水供給管26から供給された水蒸気G13を第1二酸化炭素吸収部22又は第2二酸化炭素吸収部24へ択一的に供給する。 A water supply pipe 26 is connected to the discharge switching valve 46. From the water supply pipe 26, high-temperature steam G 13 having a temperature of 700 ° C. to 900 ° C. is supplied to the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24. The oxygen concentration of the water vapor G13 is lower than the cathode off gas G2 and is 1% or less. Hereinafter, the code | symbol of the water supply pipe 26 from the discharge switching valve 46 to the 1st carbon dioxide absorption part 22 is shown by "26-1", The code is indicated by “26-2”. The discharge switching valve 46 supplies the water by connecting the water supply pipe 26 to one of the first carbon dioxide absorption part 22 and the second carbon dioxide absorption part 24 (one not connected to the anode offgas pipe 34). The water vapor G13 supplied from the pipe 26 is alternatively supplied to the first carbon dioxide absorber 22 or the second carbon dioxide absorber 24.

水蒸気G13が供給された第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24は、二酸化炭素吸収材23が二酸化炭素を放出する環境条件となり、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24では、二酸化炭素吸収材23から二酸化炭素が放出される。ここでの水蒸気G13は、スイープガスとして機能する。なお、以下、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24から放出された二酸化炭素を含む水蒸気G13を、「二酸化炭素含有水蒸気G12」という。 The first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 supplied with the water vapor G13 are in an environmental condition in which the carbon dioxide absorber 23 releases carbon dioxide, and the first carbon dioxide absorber 22, the second carbon dioxide In the absorber 24, carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorbent 23. The water vapor G13 here functions as a sweep gas. Hereinafter, the water vapor G13 containing carbon dioxide released from the first carbon dioxide absorption unit 22 and the second carbon dioxide absorption unit 24 is referred to as “carbon dioxide-containing water vapor G12”.

第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24のガス排出側には、パージ後水蒸気供給管64の一端が接続されており、パージ後水蒸気供給管64には、二酸化炭素排出切替弁44が設けられている。以下、第1二酸化炭素吸収部22から二酸化炭素排出切替弁44までのパージ後水蒸気供給管64の符号を「64−1」で示し、第2二酸化炭素吸収部24から二酸化炭素排出切替弁44までのパージ後水蒸気供給管64の符号を「64−2」で示す。   One end of a post-purging steam supply pipe 64 is connected to the gas discharge side of the first carbon dioxide absorption section 22 and the second carbon dioxide absorption section 24, and a carbon dioxide discharge switching valve is connected to the post-purging steam supply pipe 64. 44 is provided. Hereinafter, the symbol of the post-purging water vapor supply pipe 64 from the first carbon dioxide absorption unit 22 to the carbon dioxide discharge switching valve 44 is indicated by “64-1”, and from the second carbon dioxide absorption unit 24 to the carbon dioxide discharge switching valve 44. The purged steam supply pipe 64 is indicated by “64-2”.

パージ後水蒸気供給管64の他端は、水蒸気改質器12と接続されている。水蒸気改質器12へは、パージ後水蒸気供給管64から二酸化炭素含有水蒸気G12が供給される。   The other end of the purged steam supply pipe 64 is connected to the steam reformer 12. The steam reformer 12 is supplied with the carbon dioxide-containing steam G12 from the steam supply pipe 64 after purging.

水蒸気改質器12では、原料ガス管28から供給された原料ガス(炭化水素燃料)を、二酸化炭素含有水蒸気G12を利用して水蒸気改質し、水素を含む600℃程度の温度の燃料ガスG1を生成する。水蒸気改質器12は、燃料電池スタック14のアノード14Aと接続されており、燃料ガスG1を、燃料ガス管32を介して燃料電池スタック14のアノード14Aへ供給する。   In the steam reformer 12, the raw material gas (hydrocarbon fuel) supplied from the raw material gas pipe 28 is steam reformed using the carbon dioxide-containing steam G12, and the fuel gas G1 containing hydrogen and having a temperature of about 600 ° C. Is generated. The steam reformer 12 is connected to the anode 14 </ b> A of the fuel cell stack 14, and supplies the fuel gas G <b> 1 to the anode 14 </ b> A of the fuel cell stack 14 via the fuel gas pipe 32.

次に、第6実施形態に係る燃料電池システム10Aの作用を説明する。本実施形態においても、運転モードM1−6と運転モードM2−6とが交互に行われる。運転モードM1−6では、第1二酸化炭素吸収部22でアノードオフガスG3の二酸化炭素吸収が行われ、第2二酸化炭素吸収部24で二酸化炭素吸収材23からの二酸化炭素の放出が行われる。運転モードM2−6では、第2二酸化炭素吸収部24でアノードオフガスG3の二酸化炭素吸収が行われ、第1二酸化炭素吸収部22で二酸化炭素吸収材23からの二酸化炭素の放出が行われる。   Next, the operation of the fuel cell system 10A according to the sixth embodiment will be described. Also in the present embodiment, the operation mode M1-6 and the operation mode M2-6 are performed alternately. In the operation mode M1-6, the carbon dioxide absorption of the anode off gas G3 is performed by the first carbon dioxide absorption section 22, and the carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorbent 23 by the second carbon dioxide absorption section 24. In the operation mode M2-6, the carbon dioxide absorption of the anode off gas G3 is performed by the second carbon dioxide absorption section 24, and the carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorbent 23 by the first carbon dioxide absorption section 22.

分岐部48でアノードオフ吸収用ガス管37側へ分配されたアノードオフガスG3は、熱交換器で650℃程度に冷却され、第1二酸化炭素吸収部22へ供給される。第1二酸化炭素吸収部22では、アノードオフガスG3に含まれている二酸化炭素が二酸化炭素吸収材23に吸収される。二酸化炭素が除去されたCO除去オフガスG4は、第1二酸化炭素吸収部22から排出され、回収ガス供給管35を経て、水蒸気改質器12へ供給され、燃料電池スタック14での発電に再利用される。一方、燃焼用ガス供給管62側へ分配されたアノードオフガスG3は、燃焼器18へ供給され、カソードオフガスG2と混合され燃焼される。燃焼器18で得られた高温の燃焼排ガスG5は、水蒸気改質器12内の触媒の加熱等、燃料電池システム10I内の各部に供給されて利用される。 The anode off gas G3 distributed to the anode off absorption gas pipe 37 side at the branching section 48 is cooled to about 650 ° C. by the heat exchanger and supplied to the first carbon dioxide absorption section 22. In the first carbon dioxide absorber 22, carbon dioxide contained in the anode offgas G <b> 3 is absorbed by the carbon dioxide absorbent 23. The CO 2 removal off-gas G4 from which carbon dioxide has been removed is discharged from the first carbon dioxide absorption unit 22, supplied to the steam reformer 12 through the recovered gas supply pipe 35, and regenerated for power generation in the fuel cell stack 14. Used. On the other hand, the anode off gas G3 distributed to the combustion gas supply pipe 62 side is supplied to the combustor 18, and mixed with the cathode off gas G2 and burned. The high-temperature combustion exhaust gas G5 obtained by the combustor 18 is supplied to and used for each part in the fuel cell system 10I such as heating of the catalyst in the steam reformer 12.

700℃〜900℃に加熱された水蒸気G13は、第2二酸化炭素吸収部24へ供給される。第2二酸化炭素吸収部24では、二酸化炭素吸収材23に吸収されていた二酸化炭素が放出される。放出された二酸化炭素を含む二酸化炭素含有水蒸気G12は、パージ後水蒸気供給管64を経て水蒸気改質器12へ供給される。水蒸気改質器12では、この水蒸気を利用して、原料ガスを水蒸気改質し、水素を含む600℃程度の温度の燃料ガスG1を生成する。   The steam G13 heated to 700 ° C. to 900 ° C. is supplied to the second carbon dioxide absorber 24. In the second carbon dioxide absorber 24, the carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorber 23 is released. The carbon dioxide-containing steam G12 containing the released carbon dioxide is supplied to the steam reformer 12 through the steam supply pipe 64 after purging. In the steam reformer 12, the raw material gas is steam reformed using this steam to generate a fuel gas G 1 containing hydrogen and having a temperature of about 600 ° C.

上記の運転モードM1−6は、第1二酸化炭素吸収部22に収納された二酸化炭素吸収材23での二酸化炭素の吸収容量、第2二酸化炭素吸収部24内の二酸化炭素吸収材23の二酸化炭素の放出速度等に応じて定められた、所定の時間T1−6の間、継続される。所定時間T1−6の経過後、運転モードM2−6が実行される。運転モードM2−6では、第2二酸化炭素吸収部24でアノードオフガスG3の二酸化炭素吸収が行われ、第1二酸化炭素吸収部22で二酸化炭素吸収材23からの二酸化炭素の放出が行われる。   Said operation mode M1-6 is the carbon dioxide absorption capacity in the carbon dioxide absorber 23 accommodated in the 1st carbon dioxide absorber 22, and the carbon dioxide of the carbon dioxide absorber 23 in the 2nd carbon dioxide absorber 24. This is continued for a predetermined time T1-6 determined according to the release rate and the like. After the elapse of the predetermined time T1-6, the operation mode M2-6 is executed. In the operation mode M2-6, the carbon dioxide absorption of the anode off gas G3 is performed by the second carbon dioxide absorption section 24, and the carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorbent 23 by the first carbon dioxide absorption section 22.

分岐部48でアノードオフ吸収用ガス管37側へ分配された650℃程度のアノードオフガスG3は、第2二酸化炭素吸収部24へ供給される。第1二酸化炭素吸収部22では、アノードオフガスG3に含まれている二酸化炭素が二酸化炭素吸収材23に吸収される。二酸化炭素が除去されたCO除去オフガスG4は、第2二酸化炭素吸収部24から排出され、回収ガス供給管35を経て、水蒸気改質器12へ供給され、燃料電池スタック14での発電に再利用される。 The anode off gas G3 at about 650 ° C. distributed to the anode off absorption gas pipe 37 side at the branching section 48 is supplied to the second carbon dioxide absorption section 24. In the first carbon dioxide absorber 22, carbon dioxide contained in the anode offgas G <b> 3 is absorbed by the carbon dioxide absorbent 23. The CO 2 removal off-gas G4 from which carbon dioxide has been removed is discharged from the second carbon dioxide absorption unit 24, supplied to the steam reformer 12 through the recovery gas supply pipe 35, and regenerated for power generation in the fuel cell stack 14. Used.

一方、熱交換器で700℃〜900℃に加熱された水蒸気G13は、第1二酸化炭素吸収部22へ供給される。第1二酸化炭素吸収部22では、二酸化炭素吸収材23に吸収されていた二酸化炭素が放出される。放出された二酸化炭素を含む二酸化炭素含有水蒸気G13は、パージ後水蒸気供給管64を経て水蒸気改質器12へ供給される。水蒸気改質器12では、この水蒸気を利用して原料ガスを水蒸気改質し、水素を含む600℃程度の温度の燃料ガスG1を生成する。   On the other hand, the water vapor G13 heated to 700 ° C. to 900 ° C. by the heat exchanger is supplied to the first carbon dioxide absorber 22. In the first carbon dioxide absorber 22, the carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorbent 23 is released. The carbon dioxide-containing steam G13 containing the released carbon dioxide is supplied to the steam reformer 12 via the steam supply pipe 64 after purging. In the steam reformer 12, the raw material gas is steam reformed using the steam to generate a fuel gas G1 containing hydrogen and having a temperature of about 600 ° C.

上記の運転モードM2−6についても、第2二酸化炭素吸収部24に収納された二酸化炭素吸収材23での二酸化炭素の吸収容量、第1二酸化炭素吸収部22に収納された二酸化炭素吸収材23の二酸化炭素の放出速度等に応じて定められた、所定の時間T2−6の間、継続される。所定時間T2−6の経過後、制御部70によって、運転モードM1−6に切り替えられる。運転モードM1−6と運転モードM2−6を交互に繰り返すことにより、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24において二酸化炭素の吸収、放出を交互に行って、燃料電池スタック14での連続した発電を行うことができる。   Also in the above operation mode M2-6, the carbon dioxide absorption capacity in the carbon dioxide absorbent 23 accommodated in the second carbon dioxide absorber 24, and the carbon dioxide absorbent 23 accommodated in the first carbon dioxide absorber 22. This is continued for a predetermined time T2-6 determined according to the release rate of carbon dioxide. After the elapse of the predetermined time T2-6, the controller 70 switches to the operation mode M1-6. By alternately repeating the operation mode M1-6 and the operation mode M2-6, the first carbon dioxide absorption unit 22 and the second carbon dioxide absorption unit 24 alternately absorb and release carbon dioxide, and the fuel cell stack 14 Continuous power generation at can be performed.

本実施形態の燃料電池システム10Eでは、酸素の含有量がゼロ、または僅かに含有される程度である水蒸気G13を高温にして、二酸化炭素吸収材23から二酸化炭素を放出させるためのガスとして用いる。したがって、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24に残留する水素や一酸化炭素の燃焼により、容器内に急激な温度変化や圧力変化が生じることを抑制できる。これにより、二酸化炭素吸収材23や容器へのダメージが抑制され、これらの耐用年数を延ばすことができる。   In the fuel cell system 10 </ b> E of the present embodiment, the water vapor G <b> 13 whose oxygen content is zero or slightly contained is used as a gas for releasing carbon dioxide from the carbon dioxide absorbent 23 at a high temperature. Therefore, it is possible to suppress a sudden change in temperature or pressure in the container due to the combustion of hydrogen and carbon monoxide remaining in the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24. Thereby, the damage to the carbon dioxide absorber 23 and the container is suppressed, and the useful life of these can be extended.

また、本実施形態では、燃料電池スタック14から排出されたアノードオフガスG3に含まれる未反応の水素及び一酸化炭素を再利用するので、燃料の利用効率を向上させることができる。さらに、再利用には、二酸化炭素吸収部22、24で二酸化炭素の濃度が低下された後の、CO除去オフガスG4が用いられるので、COを除去しないアノードオフガスG3を再利用する場合と比較して、燃料電池スタック14での発電効率を高めることができる。 Moreover, in this embodiment, since the unreacted hydrogen and carbon monoxide contained in the anode off gas G3 discharged from the fuel cell stack 14 are reused, the fuel utilization efficiency can be improved. Further, since the CO 2 removal off gas G4 after the concentration of carbon dioxide is reduced in the carbon dioxide absorption units 22 and 24 is used for reuse, the anode off gas G3 that does not remove CO 2 is reused. In comparison, the power generation efficiency in the fuel cell stack 14 can be increased.

なお、本実施形態では、改質器として、水蒸気改質器12を用いたが、図11に示すように、改質器として、二酸化炭素改質器12Aを用いた燃料電池システム10Jとしてもよい。この場合には、改質用の水が不要となる。そこで、二酸化炭素排出切替弁44と二酸化炭素改質器12Aの間に、水蒸気除去部52を設けて二酸化炭素含有水蒸気G12から水蒸気を除去する。水蒸気除去部52から二酸化炭素改質器12Aへは、水蒸気が除去された二酸化炭素を多く含む水蒸気除去二酸化炭素ガスG14が供給され、水蒸気除去二酸化炭素ガスG14を用いて、原料ガスの改質が行われる。   In this embodiment, the steam reformer 12 is used as the reformer. However, as shown in FIG. 11, a fuel cell system 10J using a carbon dioxide reformer 12A may be used as the reformer. . In this case, water for reforming is not necessary. Therefore, a water vapor removal unit 52 is provided between the carbon dioxide discharge switching valve 44 and the carbon dioxide reformer 12A to remove water vapor from the carbon dioxide-containing water vapor G12. The steam removal carbon dioxide gas G14 containing a large amount of carbon dioxide from which the steam has been removed is supplied from the steam removal unit 52 to the carbon dioxide reformer 12A, and the reforming of the raw material gas is performed using the steam removal carbon dioxide gas G14. Done.

なお、燃料電池システム10I、10Jは請求項4、請求項8の発明に係る燃料電池システムの一例である。 The fuel cell systems 10I and 10J are examples of the fuel cell system according to the inventions of claims 4 and 8.

〔第7実施形態〕
次に本発明の第7実施形態について説明する。なお、第1〜第6実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
[Seventh Embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as 1st-6th embodiment, and description is abbreviate | omitted.

図12には、本第7実施形態に係る燃料電池システム10Kが示されている。燃料電池システム10Kは、第6実施形態で説明した燃料電池システム10Gと比較して、第2燃料電池スタック50が設けられている点が主に相違している。 FIG. 12 shows a fuel cell system 10K according to the seventh embodiment. The fuel cell system 10K is mainly different from the fuel cell system 10G described in the sixth embodiment in that a second fuel cell stack 50 is provided.

本実施形態では、第2実施形態と同様の、第1燃料電池スタック15及び第2燃料電池スタック50を備えている。第2燃料電池スタック50のアノード50Aには、回収ガス供給管35の他端が接続され、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24から排出されたCO除去オフガスG4は、アノード50Aへ供給される。また、カソード50Bには、カソードオフガス管31が接続されており、カソード14Bから排出されるカソードオフガスG2がカソード50Bへ供給される。 In the present embodiment, the first fuel cell stack 15 and the second fuel cell stack 50 are provided as in the second embodiment. The other end of the recovered gas supply pipe 35 is connected to the anode 50A of the second fuel cell stack 50, and the CO 2 removal off-gas G4 discharged from the first carbon dioxide absorber 22 and the second carbon dioxide absorber 24 is Supplied to the anode 50A. The cathode 50B is connected to the cathode offgas pipe 31, and the cathode offgas G2 discharged from the cathode 14B is supplied to the cathode 50B.

アノード50Aの出口側には、第2アノードオフガス管58の一端が接続されている。第2アノードオフガス管58の他端は、燃焼器18に接続されている。アノード50Aから排出された第2アノードオフガスG6は、燃焼器18へ供給される。   One end of a second anode off-gas pipe 58 is connected to the outlet side of the anode 50A. The other end of the second anode offgas pipe 58 is connected to the combustor 18. The second anode off gas G6 discharged from the anode 50A is supplied to the combustor 18.

次に第7実施形態に係る燃料電池システム10Kの作用を説明する。   Next, the operation of the fuel cell system 10K according to the seventh embodiment will be described.

本実施形態においても、運転モードM1−7と運転モードM2−7とが交互に行われる。運転モードM1−7では、第1二酸化炭素吸収部22でアノードオフガスG3の二酸化炭素吸収が行われ、第2二酸化炭素吸収部24で二酸化炭素吸収材23からの二酸化炭素の放出が行われる。運転モードM2−7では、第2二酸化炭素吸収部24でアノードオフガスG3の二酸化炭素吸収が行われ、第1二酸化炭素吸収部22で二酸化炭素吸収材23からの二酸化炭素の放出が行われる。   Also in this embodiment, the operation mode M1-7 and the operation mode M2-7 are performed alternately. In the operation mode M1-7, the carbon dioxide absorption of the anode off gas G3 is performed by the first carbon dioxide absorption section 22, and the carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorbent 23 by the second carbon dioxide absorption section 24. In the operation mode M2-7, the carbon dioxide absorption of the anode off gas G3 is performed by the second carbon dioxide absorption unit 24, and the carbon dioxide is released from the carbon dioxide absorbent 23 by the first carbon dioxide absorption unit 22.

本実施形態では、第1二酸化炭素吸収部22、第2二酸化炭素吸収部24で二酸化炭素が除去された後のCO除去オフガスG4は、回収ガス供給管35を経て第2燃料電池スタック50のアノード50Aへ供給され、発電に供される。アノード50Aから排出された第2アノードオフガスG6は燃焼器18へ供給され、カソード50Bから排出されるカソードオフガスG2と混合され、燃焼される。その他の作用については、第6実施形態と同様である。 In the present embodiment, the CO 2 removal off-gas G4 from which carbon dioxide has been removed by the first carbon dioxide absorption unit 22 and the second carbon dioxide absorption unit 24 passes through the recovery gas supply pipe 35 and is supplied to the second fuel cell stack 50. Supplied to the anode 50A and used for power generation. The second anode off gas G6 discharged from the anode 50A is supplied to the combustor 18, mixed with the cathode off gas G2 discharged from the cathode 50B, and burned. Other operations are the same as in the sixth embodiment.

本第7実施形態に係る燃料電池システム10Kでは、CO除去オフガスG4に含まれる未反応の水素及び一酸化炭素を燃料ガスとして発電する第2燃料電池スタック50を設けたので、燃料の利用効率を向上させることができる。また、燃料電池システム10Kは、その他の第7実施形態と同様の効果を奏することもできる。 In the fuel cell system 10K according to the seventh embodiment, since the second fuel cell stack 50 that generates power using unreacted hydrogen and carbon monoxide contained in the CO 2 removal off gas G4 as fuel gas is provided, the fuel utilization efficiency Can be improved. Further, the fuel cell system 10K can also achieve the same effects as those of the other seventh embodiment.

なお、本実施形態では、改質器として、水蒸気改質器12を用いたが、図13に示すように、改質器として、二酸化炭素改質器12Aを用いた燃料電池システム10Lとしてもよい。この場合には、改質用の水が不要となるので、第6実施形態と同様に、二酸化炭素排出切替弁44と二酸化炭素改質器12Aの間に、水蒸気除去部52を設けて二酸化炭素含有水蒸気G12から水蒸気を除去する。水蒸気除去部52から二酸化炭素改質器12Aへは、水蒸気が除去された二酸化炭素を多く含む水蒸気除去二酸化炭素ガスG14が供給され、水蒸気除去二酸化炭素ガスG14を用いて、原料ガスの改質が行われる。ここでの水蒸気は、凝縮して装置内の冷却などに用いることができる。   In this embodiment, the steam reformer 12 is used as the reformer. However, as shown in FIG. 13, a fuel cell system 10L using a carbon dioxide reformer 12A may be used as the reformer. . In this case, since water for reforming is not required, a water vapor removing unit 52 is provided between the carbon dioxide discharge switching valve 44 and the carbon dioxide reformer 12A, as in the sixth embodiment, to provide carbon dioxide. Water vapor is removed from the contained water vapor G12. The steam removal carbon dioxide gas G14 containing a large amount of carbon dioxide from which the steam has been removed is supplied from the steam removal unit 52 to the carbon dioxide reformer 12A, and the reforming of the raw material gas is performed using the steam removal carbon dioxide gas G14. Done. The water vapor here can be condensed and used for cooling in the apparatus.

なお、燃料電池システム10K、10Lは請求項3、請求項8の発明に係る燃料電池システムの一例である。 The fuel cell systems 10K and 10L are examples of the fuel cell system according to the third and eighth aspects of the invention.

10A〜10L 燃料電池システム
12 水蒸気改質器(改質器)、 12A 二酸化炭素改質器(改質器)
14A、50A アノード(燃料極)
14 燃料電池スタック
15 第1燃料電池スタック、 50 第2燃料電池スタック
18 燃焼器、 22 第1二酸化炭素吸収部
23 第1二酸化炭素吸収材、 24 第2二酸化炭素吸収部
44 二酸化炭素排出切替弁、 46 放出切替弁、 52 水蒸気除去部
70 制御部、 G1 燃料ガス、 G3 アノードオフガス、 G5 燃焼排ガス
G9 炭化水素燃料ガス、 G13 水蒸気
10A-10L Fuel cell system 12 Steam reformer (reformer), 12A Carbon dioxide reformer (reformer)
14A, 50A Anode (fuel electrode)
14 fuel cell stack 15 first fuel cell stack, 50 second fuel cell stack 18 combustor, 22 first carbon dioxide absorber 23 first carbon dioxide absorber, 24 second carbon dioxide absorber 44 carbon dioxide emission switching valve, 46 discharge switching valve, 52 water vapor removal unit 70 control unit, G1 fuel gas, G3 anode off gas, G5 combustion exhaust gas G9 hydrocarbon fuel gas, G13 water vapor

Claims (8)

燃料極へ供給される燃料ガスと空気極へ供給される空気により発電し、前記燃料極からアノードオフガスが排出されると共に前記空気極からカソードオフガスが排出される燃料電池と、
二酸化炭素吸収材が収納された複数の二酸化炭素吸収部と、
複数の前記二酸化炭素吸収部のうちの一部の前記二酸化炭素吸収部へ前記アノードオフガスを供給して該アノードオフガス中の二酸化炭素を前記二酸化炭素吸収材に吸収させて再生燃料ガスを生成すると共に、他の前記二酸化炭素吸収部へ前記カソードオフガスよりも酸素濃度が低く且つシステムの運転に用いられる、前記アノードオフガス、水蒸気、及び炭化水素燃料のいずれかのガスをスイープガスとして供給して前記二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させる制御部と、
を備えた燃料電池システム。
A fuel cell that generates power from fuel gas supplied to the fuel electrode and air supplied to the air electrode, wherein anode off-gas is discharged from the fuel electrode and cathode off-gas is discharged from the air electrode;
A plurality of carbon dioxide absorbers containing carbon dioxide absorbers;
The anode offgas is supplied to a part of the carbon dioxide absorbers of the plurality of carbon dioxide absorbers, and the carbon dioxide in the anode offgas is absorbed by the carbon dioxide absorber to generate regenerated fuel gas. The other carbon dioxide absorbers are supplied with any one of the anode offgas, water vapor, and hydrocarbon fuel as a sweep gas having a lower oxygen concentration than the cathode offgas and used for system operation. A controller that releases carbon dioxide from the carbon absorbent;
A fuel cell system comprising:
前記燃料電池は、前記二酸化炭素吸収部へアノードオフガスを送出する第1燃料電池と、前記再生燃料ガスが燃料極へ供給されて該再生燃料ガスにより発電する第2燃料電池と、を含む、請求項1に記載の燃料電池システム。 The fuel cell includes a first fuel cell for delivering anode off to the carbon dioxide absorption unit, and a second fuel cell that generates electricity by regeneration fuel gas the regeneration fuel gas is supplied to the fuel electrode, according Item 4. The fuel cell system according to Item 1 . 前記制御部は、前記二酸化炭素吸収部からの前記再生燃料ガスを前記燃料極に供給する、請求項1に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 , wherein the control unit supplies the regenerated fuel gas from the carbon dioxide absorption unit to the fuel electrode. 前記再生燃料ガスの生成に用いられる前記二酸化炭素吸収部へ供給される前の前記アノードオフガスから水蒸気を除去する水蒸気除去部、をさらに備えた、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The steam removal part which removes steam from the anode off gas before being supplied to the carbon dioxide absorption part used for generation of the regenerated fuel gas is further provided in any 1 paragraph of Claims 1-3. The fuel cell system described. 前記二酸化炭素吸収部で二酸化炭素が吸収された後の前記アノードオフガスから水蒸気を除去する水蒸気除去部、をさらに備えた、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a water vapor removing unit that removes water vapor from the anode off-gas after carbon dioxide is absorbed by the carbon dioxide absorbing unit. 炭化水素燃料を改質して水素を含む前記燃料ガスを生成すると共に、前記燃料電池へ前記燃料ガスを供給する改質器、をさらに備えた、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 And generates the fuel gas containing hydrogen to hydrocarbon fuel reforming, reformer to supply the fuel gas to the fuel cell, further comprising a any one of claims 1 to 5 The fuel cell system described in 1. 前記スイープガスが水蒸気の場合には、前記改質器へ前記二酸化炭素吸収部から排出された前記水蒸気が供給されて、前記炭化水素燃料を水蒸気改質する、請求項6に記載の燃料電池システム。 7. The fuel cell system according to claim 6 , wherein when the sweep gas is steam, the steam discharged from the carbon dioxide absorption unit is supplied to the reformer to steam reform the hydrocarbon fuel. . 前記スイープガスが炭化水素燃料の場合には、前記改質器へ二酸化炭素吸収部から排出された前記炭化水素燃料が供給されて、前記炭化水素燃料を改質する、請求項6に記載の燃料電池システム。 The fuel according to claim 6 , wherein, when the sweep gas is a hydrocarbon fuel, the hydrocarbon fuel discharged from a carbon dioxide absorption unit is supplied to the reformer to reform the hydrocarbon fuel. Battery system.
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