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,
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
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
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.
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
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
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
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
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
(空気極反応)
1/2O2+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
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
(燃料極反応)
H2 +O2− →H2O+2e− …(2)
CO+O2− →CO2+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
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
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
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
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
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、LiFeO2、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
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
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、「CO2除去オフガスG4」という。
The anode off gas G3 supplied from the anode off
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、「CO2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
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
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
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
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CO2除去オフガスG4が供給される。CO2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
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CO2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
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
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
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
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
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CO2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
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CO2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CO2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
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
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
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CO2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
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CO2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CO2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
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
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
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、CO2除去オフガスG4が用いられるので、CO2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
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
〔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
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
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CO2除去オフガスG4が供給される。
The other end of the recovered
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CO2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
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
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-
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CO2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
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
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CO2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、CO2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
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
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CO2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、CO2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
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
本第2実施形態に係る燃料電池システム10Bでは、CO2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
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
〔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
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
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CO2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
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
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
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CO2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
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
〔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
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
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
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
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
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
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
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
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
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CO2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
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
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
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CO2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
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
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
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
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、CO2除去オフガスG4が用いられるので、CO2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
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
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
〔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
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CO2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
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-
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
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
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CO2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
本第5実施形態に係る燃料電池システム10Gでは、CO2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
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
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
〔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
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
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
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
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
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
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
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
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
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CO2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
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
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
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CO2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
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
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
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
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、CO2除去オフガスG4が用いられるので、CO2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
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
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
〔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
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CO2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
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-
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
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
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CO2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
本第7実施形態に係る燃料電池システム10Kでは、CO2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
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
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
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
14A, 50A Anode (fuel electrode)
14
Claims (8)
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:
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