CN110637386A - 燃料电池系统 - Google Patents

燃料电池系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110637386A
CN110637386A CN201880032628.6A CN201880032628A CN110637386A CN 110637386 A CN110637386 A CN 110637386A CN 201880032628 A CN201880032628 A CN 201880032628A CN 110637386 A CN110637386 A CN 110637386A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circulation
fuel gas
flow rate
fuel
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880032628.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110637386B (zh
Inventor
向原佑辉
杉浦崇之
长田康弘
土肥康俊
早坂厚
田村贵洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority claimed from PCT/JP2018/018863 external-priority patent/WO2018212214A1/ja
Publication of CN110637386A publication Critical patent/CN110637386A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110637386B publication Critical patent/CN110637386B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/386—Catalytic partial combustion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04402—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04425—Pressure; Ambient pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04447—Concentration; Density of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04462—Concentration; Density of anode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0675—Removal of sulfur
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C01B2203/0261—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step containing a catalytic partial oxidation step [CPO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0495—Composition of the impurity the impurity being water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C01B2203/067—Integration with other chemical processes with fuel cells the reforming process taking place in the fuel cell
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
    • C01B2203/1264—Catalytic pre-treatment of the feed
    • C01B2203/127—Catalytic desulfurisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/148—Details of the flowsheet involving a recycle stream to the feed of the process for making hydrogen or synthesis gas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

燃料电池系统(1)具备燃料电池(2)、燃料气体供给路(11)、氧化剂气体供给路(12)、燃料气体排出路(13)、设置于燃料气体供给路(11)的改性器(3)、使燃料气体作为第一循环气体从燃料气体排出路(13)向燃料气体供给路(11)中的比改性器(3)靠上游侧进行循环的第一循环路(41)、设置于燃料气体供给路(11)并利用在燃料气体供给路(11)中流动的燃料气体的气流用作驱动流并且吸引第一循环气体的喷射器(5)，以及使燃料气体作为第二循环气体从比喷射器(5)靠下游侧的燃料气体供给路(11)或燃料气体排出路(13)向比喷射器(5)靠上游侧的燃料气体供给路(11)进行循环的第二循环路(42)。

Description

燃料电池系统
相关申请的相互参照
本申请基于在2017年5月18日申请的日本申请2017-99070号和在2018年4月6日申请的日本申请2018-73759号，在此引用其记载内容。
技术领域
本公开涉及一种燃料电池系统。
背景技术
作为提高燃料电池系统的效率的技术，提出了使燃料气体循环的技术。例如，在专利文献1所公开的燃料电池系统中，利用冷凝器将从燃料电池排出的未利用的燃料气体所包含的水蒸气冷凝并蓄积。另一方面，利用喷射器吸引除去了水蒸气的再循环用的燃料气体而使其向燃料气体供给路循环。另外，利用泵使蓄积在冷凝器中的冷凝水通过循环用的水路径与喷射器的上游侧的燃料气体供给路合流。由此，能够调整在喷射器中流动的驱动流的质量流量，使燃料气体的循环率接近目标的循环率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-235735号公报
在所述专利文献1所公开的燃料电池系统中，通过循环用的水路径使冷凝水向燃料气体供给路循环。因此，不仅需要在循环用的水路径设置用来压送进行循环的冷凝水的泵，而且为了用于驱动流的增加，需要在循环用的水路径设置用于使冷凝水再次气化的蒸发器。因此，从系统的简化、系统整体的能量效率的提高这样的观点出发，可以说存在改善的余地。
发明内容
本公开的目的在于提供一种能够实现系统的简化及发电效率的提高的燃料电池系统。
本公开的一个方式涉及一种燃料电池系统，该燃料电池系统具备：
燃料电池，该燃料电池具有阳极流路和阴极流路；
燃料气体供给路，该燃料气体供给路将燃料气体向所述阳极流路供给；
氧化剂气体供给路，该氧化剂气体供给路将氧化剂气体向所述阴极流路供给；
燃料气体排出路，该燃料气体排出路供从所述阳极流路排出的所述燃料气体流动；
改性器，该改性器设置于所述燃料气体供给路，对所述燃料气体进行改性；
第一循环路，该第一循环路使所述燃料气体作为第一循环气体从所述燃料气体排出路向所述燃料气体供给路中的所述改性器的上游侧循环；
循环装置，该循环装置设置于所述燃料气体供给路，利用在该燃料气体供给路流动的所述燃料气体的气流作为驱动流，对所述第一循环气体进行吸引；以及
第二循环路，该第二循环路使所述燃料气体作为第二循环气体从比所述循环装置靠下游侧的所述燃料气体供给路或所述燃料气体排出路向比所述循环装置靠上游侧的所述燃料气体供给路进行循环。
所述燃料电池系统具有所述第一循环路和所述第二循环路。并且，所述第二循环路能够使比循环装置靠下游侧的燃料气体作为第二循环气体循环，并与循环装置的上游侧的燃料气体供给路合流。由此，能够增加作为驱动流送入循环装置的燃料气体的质量流量。其结果是，能够增加作为吸引流被吸引到循环装置的第一循环气体的量。
另一方面，在第二循环路中循环的第二循环气体在气体的状态下循环，并在循环装置的上游侧合流。因此，不需要在第二循环路设置蒸发器等，也不特别需要用于蒸发的能量。
其结果是，能够实现系统的简化，并且能够提高发电效率。
如上所述，根据上述方式，能够提供一种能够实现系统的简化及发电效率的提高的燃料电池系统。
附图说明
关于本公开的上述目的及其他目的、特征、优点参照附图通过下述的详细的记述更明确。其附图为：
图1是实施方式1中的燃料电池系统的说明图。
图2是实施方式2中的燃料电池系统的说明图。
图3是实施方式3中的燃料电池系统的说明图。
图4是实施方式4中的燃料电池系统的说明图。
图5是实施方式5中的燃料电池系统的说明图。
图6是实施方式6中的燃料电池系统的说明图。
图7是实施方式7中的燃料电池系统的说明图。
图8是实施方式8中的燃料电池系统的说明图。
图9是实施方式9中的燃料电池系统的说明图。
图10是实施方式10中的燃料电池系统的说明图。
图11是实施方式11中的燃料电池系统的控制流程图。
具体实施方式
(实施方式1)
参照附图对燃料电池系统的实施方式进行说明。
如图1所示，本实施方式的燃料电池系统1具备燃料电池2、燃料气体供给路11、氧化剂气体供给路12、燃料气体排出路13、改性器3、第一循环路41、作为循环装置的喷射器5、第二循环路42。
燃料电池2具有阳极流路21和阴极流路22。燃料气体供给路11将燃料气体向阳极流路21供给。氧化剂气体供给路12将氧化剂气体向阴极流路22供给。从阳极流路21排出的燃料气体在燃料气体排出路13中流动。改性器3设置于燃料气体供给路11并对燃料气体进行改性。第一循环路41使燃料气体作为第一循环气体从燃料气体排出路13向燃料气体供给路11中的改性器3的上游侧循环。喷射器5设置于燃料气体供给路11。喷射器5利用在燃料气体供给路11中流动的燃料气体的气流作为驱动流，吸引第一循环气体。第二循环路42使燃料气体作为第二循环气体从比改性器3靠下游侧的燃料气体供给路11向比喷射器5靠上游侧的燃料气体供给路11循环。
本实施方式的燃料电池系统1使在改性器3中改性后的燃料气体所含有的氢和氧化剂气体所含有的氧在燃料电池2中反应而发电。燃料电池2具有配设在阳极流路21与阴极流路22之间的电解质体。在本实施方式中，能够将使用了固体氧化物陶瓷作为电解质体的固体氧化物型燃料电池(即SOFC)作为燃料电池2。
在燃料气体供给路11设置有改性器3和配置于其上游侧的喷射器5。另外，在燃料气体供给路11中的喷射器5的上游侧设置有将燃料气体送入喷射器5的鼓风机111。从燃料气体供给路11的上游端导入改性前的燃料气体F。另外，从第二循环路42向比鼓风机111靠上游侧的燃料气体供给路11导入第二循环气体。与第二循环气体混合后的燃料气体F由鼓风机111向喷射器5送入。
向该喷射器5送入的燃料气体成为驱动流。然后，燃料气体与在喷射器5中作为吸引流被吸引的第一循环气体一起被送入改性器3。燃料气体在改性器3中被改性为含有氢的燃料气体。该改性后的燃料气体被供给至燃料电池2的阳极流路21。
作为改性前的燃料气体F，例如能够使用作为烃的一种的甲烷。
喷射器5具有喷嘴部51、吸引部52及排出部53。喷嘴部51将从燃料气体供给路11的上游侧导入的燃料气体作为驱动流喷射。吸引部52通过从喷嘴部51喷射的驱动流而从第一循环路41吸引第一循环气体作为吸引流。排出部53将混合了驱动流和吸引流的混合流向燃料气体供给路11的下游侧排出。
在氧化剂气体供给路12设置有对导入燃料电池2的氧化剂气体进行预热的预热器121。由此，利用预热器121对从氧化剂气体供给路12的上游端导入的氧化剂气体A进行加热而使其升温。升温后的氧化剂气体从氧化剂气体供给路12向燃料电池2的阴极流路22供给。作为氧化剂气体，例如能够使用空气。
如上所述，导入阳极流路21的燃料气体中的氢和导入阴极流路22的氧化剂气体中的氧在燃料电池2中反应而进行发电。并且，从阳极流路21排出的燃料气体及从阴极流路22排出的氧化剂气体分别通过燃料气体排出路13及氧化剂气体排出路120导入燃烧器14。在从燃料电池2排出的燃料气体中包含因反应而产生的水蒸气和反应中未使用的氢。另外，在从燃料电池2排出的氧化剂气体中包含反应中未使用的氧。这些氢和氧在燃烧器14中反应而燃烧。燃烧后的燃烧气体从燃烧器14排出。
在燃料气体排出路13连接有第一循环路41的一端。并且，第一循环路41的另一端与喷射器5的吸引部52连接。由此，从阳极流路21向燃料气体排出路13排出的燃料气体的一部分作为第一循环气体经由第一循环路41从喷射器5向燃料气体供给路11中的改性器3的上游侧循环。如上所述，也作为燃料气体排出路13的燃料气体的一部分的第一循环气体包含水蒸气及氢。因此，通过将第一循环气体在喷射器5中与改性前的燃料气体混合，从而将其中所含的氢向阳极流路21供给，用作燃料。另外，第一循环气体所含的水蒸气在改性器3中用于燃料气体的改性。
另外，在燃料气体供给路11中的改性器3的下游侧连接有第二循环路42的一端。第二循环路42的另一端连接于燃料气体供给路11的比鼓风机111靠上游侧。另外，在第二循环路42设置有控制第二循环气体的流量的流量控制部421。
通过改性器3改性后的燃料气体作为第二循环气体从第二循环路42向比鼓风机111靠上游侧的燃料气体供给路11循环。如上所述，该第二循环气体与改性前的燃料气体F一起由鼓风机111作为驱动流导入喷射器5。因此，能够增大驱动流的质量流量。其结果是，作为喷射器5的吸引流，能够较多地吸引第一循环气体。即，能够提高第一循环气体的循环率。
另外，能够通过流量控制部421来适当地控制第二循环气体的流量。伴随于此，能够调整喷射器5中的驱动流，因此能够调整第一循环气体的流量。例如，在所希望的发电量大时，增大流量控制部421的开度，增加第二循环气体的质量流量，提高第一循环气体的循环率。另一方面，在所希望的发电量小时，减小流量控制部421的开度，减少第二循环气体的质量流量，降低第一循环气体的循环率。
此外，如图1所示，考虑在第一循环路41设置检测第一循环气体的流量的第一循环流量检测部411。在该情况下，能够基于由第一循环流量检测部411检测到的第一循环气体的循环流量来调整流量控制部421的开度。
另外，流量控制部421也可以使第二循环气体的循环停止。另外，流量控制部421例如也可以构成为仅能够控制开闭，仅能够进行是进行第二循环气体的循环还是不进行第二循环气体的循环这两个阶段的控制。
接着，对本实施方式的作用效果进行说明。
所述燃料电池系统1具有第一循环路41和第二循环路42。并且，第二循环路42能够使比喷射器5靠下游侧的燃料气体作为第二循环气体循环，与喷射器5的上游侧的燃料气体供给路11合流。由此，能够增加作为驱动流送入喷射器5的燃料气体的质量流量。其结果是，能够增加作为吸引流被吸引到喷射器5的第一循环气体的量。
另一方面，在第二循环路42中循环的第二循环气体在气体的状态下循环，并与喷射器5的上游侧合流。因此，不需要在第二循环路42设置蒸发器等，也不特别需要用于蒸发的能量。
其结果是，能够实现系统的简化，并且能够提高发电效率。
另外，在第二循环路42设置有控制第二循环气体的流量的流量控制部421。由此，如上所述，能够调整第二循环气体的流量，调整第一循环气体循环率。
另外，第二循环路42构成为使燃料气体从改性器3与燃料电池2之间的燃料气体供给路11进行循环。由此，能够使刚改性后的含有较多燃料成分的燃料气体作为第二循环气体循环。
如上所述，根据本实施方式，能够提供一种能够实现系统的简化及发电效率的提高的燃料电池系统。
(实施方式2)
如图2所示，本实施方式的燃料电池系统1在第二循环路42设置有冷凝第二循环气体中的水分的冷凝器423。
冷凝器423配置在流量控制部421的上游侧。冷凝器423冷却第二循环气体，将第二循环气体所含的水蒸气冷凝为液体的水。由此，在冷凝器423中，第二循环气体被分离为液态水和气体。该气体是水分量少的干燥的燃料气体。另外，该气体是含氢的燃料气体。
并且，上述那样的干燥的燃料气体被导入鼓风机111的上游侧的燃料气体供给路11。即，作为第二循环气体的干燥的燃料气体在燃料气体供给路11中与改性前的燃料气体F混合。该混合后的燃料气体通过鼓风机111作为驱动流被导入喷射器5。
其他结构与实施方式1相同。
此外，只要没有特别说明，实施方式2以后使用的符号中的、与在已说明的实施方式中使用的符号相同的符号表示与已说明的实施方式中的符号相同的构成要素等。
在本实施方式中，能够除去第二循环气体中的水分。由此，能够调整作为驱动流向喷射器5导入的燃料气体中的水分量。其结果是，能够容易地调整向燃料电池2的阳极流路21导入的燃料气体中的水分量。
另外，在本实施方式中，通过第二循环路42使改性后的燃料气体循环。因此，与使改性前的燃料气体循环的情况、从燃料气体排出路13循环的情况相比，能够减少第二循环气体中的水分量。因此，能够抑制因由冷凝器423除去水分而导致的第二循环气体的质量流量的降低。其结果是，容易确保作为驱动流送入喷射器5的燃料气体的质量流量。
另外，如图2所示，也可以考虑在燃料气体供给路11设置检测燃料气体中的水分量的水分量检测部113。在该情况下，能够基于由水分量检测部113检测的水分量，进行流量控制部421的开度的调整。水分量检测部113能够设置于喷射器5与改性器3之间的燃料气体供给路11。
此外，在图2中，虽然未示出图1所示的第一循环流量检测部411，但在本实施方式中，也能够设置第一循环流量检测部411。在该情况下，考虑基于由第一循环流量检测部411检测到的第一循环气体的流量和由水分量检测部113检测到的水分量双方来调整流量控制部421的开度。
除此之外，具有与实施方式1相同的作用效果。
(实施方式3)
如图3所示，本实施方式的燃料电池系统1在冷凝器423与氧化剂气体供给路12之间设置氧化剂用热交换部122。
氧化剂用热交换部122构成为能够使在冷凝器423产生的冷凝热向氧化剂气体供给路12中的氧化剂气体移动。
即，在冷凝器423中，在第二循环气体中的水分冷凝时，产生冷凝热。使该凝结热通过氧化剂用热交换部122向氧化剂气体供给路12中的氧化剂气体移动。由此，氧化剂气体的温度上升。升温后的氧化剂气体通过氧化剂气体供给路12流向燃料电池2的阴极流路22。然后，升温后的氧化剂气体在配置于氧化剂用热交换部122与燃料电池2之间的预热器121中进一步升温而向阴极流路22供给。
其他结构与实施方式1相同。
在本实施方式中，能够有效利用在冷凝器423中产生的冷凝热来用于氧化剂气体的升温。因此，在将氧化剂气体向阴极流路22供给之前，能够减小在预热器121中赋予氧化剂气体的热能。由此，能够进一步提高系统效率。
或者，能够进一步提高向燃料电池2的阴极流路22供给的氧化剂气体的温度。在该情况下，能够提高燃料电池2的发电效率。
这样，通过在燃料电池系统1内有效利用在冷凝器423产生的冷凝热，能够提高燃料电池系统1的系统效率。
除此之外，具有与实施方式1相同的作用效果。
(实施方式4)
如图4所示，本实施方式的燃料电池系统1在燃料气体供给路11设置有加氢脱硫器6。
加氢脱硫器6利用氢将燃料气体F所含的硫成分除去。即，加氢脱硫器6构成为使硫成分与氢反应，从燃料气体F除去硫成分。
在用作导入燃料气体供给路11的原料的燃料气体F的城市气体等中，通常添加硫化合物作为加臭剂。但是，在硫化合物与燃料气体一起被供给到改性器3、燃料电池2时，改性器3、燃料电池2的催化剂有可能中毒。因此，在燃料气体供给路11中，优选从燃料气体除去硫成分。因此，作为用于除去硫成分的脱硫器，将使用氢除去硫成分的加氢脱硫器6配设在燃料气体供给路11中。
加氢脱硫器6配设在燃料气体供给路11中的喷射器5的上游侧。更具体而言，加氢脱硫器6设置在燃料气体供给路11中的鼓风机111与喷射器5之间。
其他结构与实施方式1相同。
从第二循环路42向燃料气体供给路11导入第二循环气体。如上所述，第二循环气体中含有氢。该氢通过燃料气体供给路11与燃料气体一起被导入加氢脱硫器6。并且，在加氢脱硫器6中，燃料气体中的硫成分与氢反应。由此，能够从燃料气体除去硫成分。
在本实施方式中，特别是第二循环路42构成为使燃料气体从改性器3与燃料电池2之间的燃料气体供给路11向比加氢脱硫器6靠上游侧的燃料气体供给路11循环。因此，第二循环气体尤其成为含有大量氢的燃料气体。因此，能够增多向加氢脱硫器6导入的氢的量，能够进行有效的脱硫。
另外，在第二循环路42配设有冷凝器423，第二循环气体成为水分量少的干燥的燃料气体。因此，向加氢脱硫器6导入的燃料气体也可以是水分量少的气体。因此，能够抑制加氢脱硫器6的催化剂的劣化，提高加氢脱硫器6的耐久性。
除此之外，具有与实施方式1相同的作用效果。
(实施方式5)
如图5所示，在本实施方式的燃料电池系统1中，改性器3能够通过部分氧化改性反应得到氢。
并且，燃料电池系统1在改性器3的上游侧的燃料气体供给路11具备供给用于部分氧化改性反应的氧化剂的改性用氧化剂供给部112。
部分氧化改性反应是在燃料气体中混合氧化剂并对燃料气体进行改性而生成氢和一氧化碳的反应。即，使甲烷与氧反应，生成水，该水与甲烷反应，生成氢和一氧化碳。此时，在不从外部施加热的情况下进行反应。
从改性用氧化剂供给部112供给的氧化剂例如可以是空气。
改性用氧化剂供给部112设置于喷射器5与改性器3之间的燃料气体供给路11。另外，改性器3也可以构成为能够进行部分氧化改性反应和水蒸气改性反应这双方。
其他结构与实施方式1相同。
在本实施方式中，改性器3能够通过部分氧化改性反应得到氢。因此，即使在导入改性器3的燃料气体所含的水分极少的情况下等，也能够对燃料气体进行改性而生成充分的氢。特别是在燃料电池2停止发电的情况下等，在燃料电池2中不生成水分。其结果是，第一循环气体及第二循环气体中的水分也变少。在该情况下，导入改性器3的燃料气体中的水分减少，难以通过水蒸气改性充分地生成氢。因此，改性器3构成为能够通过部分氧化改性反应生成氢，由此能够充分地得到氢。伴随于此，也能够确保向加氢脱硫器6供给的氢。
另外，在改性器3构成为能够进行部分氧化改性反应和水蒸气改性反应这双方的情况下，也可以在燃料电池2的发电时使用水蒸气改性反应，在停止时使用部分氧化改性反应。
另外，改性用氧化剂供给部112设置于喷射器5与改性器3之间的燃料气体供给路11。由此，能够有效地向改性器3供给氧化剂，并且能够抑制喷射器5的喷嘴部51等的氧化。
除此之外，具有与实施方式1相同的作用效果。
(实施方式6)
如图6所示，本实施方式的燃料电池系统1采用鼓风机作为设置于第二循环路42的流量控制部422。
另外，燃料气体供给路11中的鼓风机111配置在比与第二循环路42的连接部靠上游侧的位置。
其他结构与实施方式1相同。
在本实施方式中，能够通过控制设置于第二循环路42的鼓风机422的转速来进行第二循环气体的循环量。并且，通过单独的鼓风机422、111分别将第二循环气体和原燃料的状态的燃料气体F向喷射器5输送。因此，能够减小各鼓风机422、111中的燃料气体的流量，能够实现各鼓风机422、111的小型化、低成本化。
除此之外，具有与实施方式1相同的作用效果。
(实施方式7)
如图7所示，在本实施方式的燃料电池系统1中，第二循环路42使燃料气体从喷射器5与改性器3之间的燃料气体供给路11循环。
其他结构与实施方式1相同。
在本实施方式中，使改性前的CO浓度低的燃料气体循环。因此，能够减少应从第二循环气体中除去的CO的量。即，实际上，在使燃料气体向鼓风机111的上游侧循环时，除去燃料气体所含的CO。因此，虽然将CO除去装置(省略图示)设置于第二循环路42，但能够使该CO除去装置小型化。
除此之外，具有与实施方式1相同的作用效果。
(实施方式8)
如图8所示，本方式是第二循环路42使燃料气体从燃料气体排出路13循环的燃料电池系统1的方式。
即，在所述实施方式1～7中，示出了第二循环路42构成为使燃料气体从喷射器5与燃料电池2之间的燃料气体供给路11循环的结构，但本公开不限于此。并且，在本实施方式中，第二循环路42构成为使燃料气体从燃料电池2的下游侧的燃料气体排出路13循环。
其他结构与实施方式1相同，起到相同的作用效果。
(实施方式9)
如图9所示，本实施方式的燃料电池系统1在冷凝器423与燃料气体供给路11之间设置有燃料用热交换部114。
燃料用热交换部114构成为能够使在冷凝器423中产生的冷凝热向燃料气体供给路11中的燃料气体移动。即，在实施方式3中，在冷凝器423与氧化剂气体供给路12之间设置有氧化剂用热交换部122，但取而代之，在本方式中，设置有燃料用热交换部114。
在本实施方式中，能够使冷凝器423中的冷凝热通过燃料用热交换部114向燃料气体移动。由此，能够使导入到喷射器5的燃料气体体积膨胀。因此，能够提高作为驱动流导入喷射器5的燃料气体的体积流量，提高第一循环气体的流量。
除此之外，具有与实施方式1相同的结构及作用效果。
此外，也可以组合实施方式3和本方式，设置氧化剂用热交换部122和燃料用热交换部114这双方。
(实施方式10)
如图10所示，本实施方式是在燃料气体供给路11中的同第二循环路42的合流部与喷射器5之间连接有供给水蒸气的水蒸气供给路15的燃料电池系统1的方式。
水蒸气供给路15具备压送液体的水的水泵151和使水蒸发的蒸发器152。由此，构成为能够使水蒸气与喷射器5的上游侧的燃料气体供给路11合流。
本方式的燃料电池系统1在与实施方式4的燃料电池系统1相同的基本结构中追加了水蒸气供给路15。并且，在加氢脱硫器6与喷射器5之间的燃料气体供给路11连接有水蒸气供给路15的下游端。
其他结构与实施方式4相同。
在本方式中，能够容易地增加通过水蒸气从燃料气体供给路11向喷射器5导入的驱动流的流量。即，除了通过来自第二循环路42的第二循环气体的合流带来的驱动流的增量以外，还能够通过来自水蒸气供给路15的水蒸气的合流而带来驱动流的增量。由此，能够增加喷射器5中的吸引流，能够提高第一循环气体的循环率。
此外，在本实施方式中，燃料气体供给路11中的燃料气体中的水分量增加。但是，本方式的燃料电池系统1在第二循环路42具备冷凝器423。由此，能够调整燃料气体供给路11中的水分量。因此，能够抑制燃料电池2中的S/C(即，蒸气与碳之比)过大。
除此之外，具有与实施方式4相同的作用效果。
(实施方式11)
在本实施方式中，如图11所示，表示由流量控制部421进行的第二循环气体的流量控制方法的一个方式。
本实施方式的燃料电池系统1具有第一循环流量检测部和第二循环流量检测部。
第一循环流量检测部是检测第一循环路41中的第一循环气体的流量的检测部。
第二循环流量检测部是检测第二循环路42中的第二循环气体的流量的检测部。
第一循环流量检测部及第二循环流量检测部例如能够由分别配设于第一循环路41及第二循环路42的流量计构成。但是，并不限定于此，例如也能够设为以下那样的结构。
即，第一循环流量检测部也可以构成为基于燃料电池2的输出电压来检测第一循环气体的流量。在该情况下，例如，通过燃料电池2的输出电压减少，能够检测到第一循环气体的流量减少。即，当第一循环气体的流量减少时，与此相应地燃料电池2中的发电反应降低，输出电压下降。利用该关系，能够基于燃料电池2的输出电压来检测第一循环气体的流量。
在采用该结构作为第一循环流量检测部的情况下，不特别需要耐高温的流量计，能够实现低成本化。即，不需要直接测量从燃料电池2排出的高温的第一循环气体的流量，尤其具有不需要设置耐高温的高价的流量计这样的优点。并且，能够一边检测燃料电池2的输出电压，一边检测第一循环气体的流量。
另外，第一循环流量检测部也可以构成为基于第一循环气体的组成来检测第一循环气体的流量。例如，当第一循环气体的流量减少时，与此相应地，第一循环气体中的H2(氢)、CO(一氧化碳)的比例增加，CO2(二氧化碳)的比例减少。利用该关系，通过检测第一循环气体的组成，能够检测第一循环气体的流量。
在采用该结构作为第一循环流量检测部的情况下，不需要耐高温的流量计，能够实现低成本化。
另外，第一循环流量检测部也可以构成为基于燃烧器14中的燃烧嘴的温度来检测第一循环气体的流量。
例如，当第一循环气体的流量减少时，与此相应地，燃烧器14中的燃烧得到抑制，燃烧嘴的温度降低。利用该关系，能够测定燃烧嘴的温度，并基于该测定值来检测第一循环气体的流量。
在采用该结构作为第一循环流量检测部的情况下，不需要耐高温的流量计，能够实现低成本化。并且，能够一边检测燃烧嘴的温度，一边检测第一循环气体的流量。
另外，第二循环流量检测部也可以构成为基于循环装置(即，喷射器5)的吸引部52的入口压力来检测第二循环气体的流量。例如，当第二循环气体的流量减少时，与此相应地，喷射器5的驱动流的流量减少，吸引部52的压力降低。利用该关系，能够检测喷射器5的吸引部52的压力，并基于该检测值来检测第二循环气体的流量。
在采用该结构作为第二循环流量检测部的情况下，不需要设置直接检测第二循环气体的流量的流量计。
另外，第二循环流量检测部也可以构成为基于改性器3的出口处的燃料气体的温度来检测第二循环气体的流量。例如，当第二循环气体的流量减少时，通过改性器3的燃料气体的流量减少，与此相应地，改性器3的温度上升。利用该关系，能够测量改性器3的温度，并基于该测定温度来检测第二循环气体的流量。
在采用该结构作为第二循环流量检测部的情况下，具有能够使用测定出的改性器3的出口处的燃料气体的温度来进行改性器3中的改性率的算出这样的优点。即，能够基于设置于改性器3的出口的温度传感器的检测值，与改性率一起进行第二循环气体的流量的检测。
此外，第一循环流量检测部、第二循环流量检测部不限于上述方式，也可以采用其他方式。例如，当第一循环气体的流量减少时，也能够利用第一循环路41的温度降低这样的关系，根据第一循环流路的温度来检测第一循环气体的流量。
另外，本方式的燃料电池系统1还具备排出量检测部，该排出量检测部检测从阳极流路21排出的燃料气体的流量。
作为该排出量检测部，例如能够设为以下那样的检测部。
即，排出量检测部例如能够构成为通过设置于燃料气体排出路13的流量计来检测燃料气体排出路13中的气体的质量流量或体积流量。
另外，排出量检测部例如也可以基于燃料气体供给路11中的燃料气体的流量和燃料电池2中的从阴极向阳极的氧移动量来推定来自阳极流路21的燃料气体的排出量。此外，从阴极向阳极的氧移动量能够根据燃料电池2中的发电时的电流值来算出。
如图11所示，本方式的燃料电池系统1基于第一循环流量检测部的第一检测流量、第二循环流量检测部的第二检测流量、排出量检测部的检测排出量，由流量控制部421调整第二循环气体的流量。
以下，使用图11的流程说明该控制方法。
首先，在步骤S1中，由第一循环流量检测部检测第一循环流量，并且由排出量检测部检测来自阳极流路21的燃料气体的排出量。
接着，在步骤S2中，基于第一循环流量检测部的第一检测流量Q1和排出量检测部的检测排出量Q3，算出第一循环气体的循环率Rpv。在此，循环率Rpv由Rpv＝Q1/Q3算出。
在步骤S3、S4中，将在步骤S2中算出的循环率Rpv与目标循环率Rset进行比较。在此，目标循环率Rset是预先设定的目标的循环率，具有规定的幅度。即，在步骤S3中，进行是否小于目标循环率Rset的下限值的判断。在步骤S4中，进行是否超过目标循环率Rset的上限值的判断。
在步骤S3中，进行循环率Rpv是否小于Rset的判断，当判断为不是Rpv＜Rset时，进入步骤S4。在步骤S4中，判断循环率Rpv是否超过Rset。
在步骤S3中，在判断为Rpv＜Rset时，进入步骤S5。在步骤S4中，在判断为Rpv＞Rset时，进入步骤S6。在步骤S5中，进行第二循环流量检测部的第二检测流量Q2与流量上限值Qmax的比较。另外，在步骤S6中，进行第二检测流量Q2与流量下限值Qmin的比较。在此，流量上限值Qmax及流量下限值Qmin是预先设定的第二循环气体的流量的容许值，例如能够基于流量控制部421的控制极限、冷凝器423的热交换性能等来设定。
在步骤S5中，进行第二检测流量Q2是否小于Qmax的判断，在步骤S6中，进行第二检测流量Q2是否超过Qmin的判断。
即，在步骤S3～S8中，在循环率Rpv小于目标循环率Rset时，以第二检测流量Q2小于流量上限值Qmax为条件，增加第二循环流量。另外，在循环率Rpv超过目标循环率Rset时，以第二检测流量Q2超过流量下限值Qmin为条件，减少第二循环流量。
并且，如果循环率Rpv处于目标循环率Rset的范围内，则不使第二循环流量变化。另外，即使在循环率Rpv不处于目标循环率Rset的范围内的情况下，当第二检测流量Q2超过流量上限值Qmax时，也不会增加第二循环流量。即使在循环率Rpv不处于目标循环率Rset的范围内的情况下，在第二检测流量Q2低于流量下限值Qmin时，也不减少第二循环流量。
如上所述，通过进行第二循环流量的控制，能够适当地控制第一循环气体的循环率。另外，该控制流程能够以规定的时间间隔、定时适当地反复执行。
其他结构及作用效果与实施方式1相同。
本公开并不限定于上述各实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够应用于各种实施方式。
另外，实施方式1(参照图1)所示的第一循环流量检测部411、实施方式2(参照图2)所示的水分量检测部113也能够在其他实施方式中适当地采用。
虽然依据实施例对本公开进行了记述，但应当理解为本公开并不限定于该实施方式、构造。本公开也包含各种变形例、等同范围内的变形。此外，各种组合、形态、以及在它们中只包含一个要素、其以上或其以下的其他组合、形态也属于本公开的范畴或思想范围。

Claims (21)

1.一种燃料电池系统(1)，其特征在于，具备：
燃料电池(2)，该燃料电池具有阳极流路(21)和阴极流路(22)；
燃料气体供给路(11)，该燃料气体供给路将燃料气体向所述阳极流路供给；
氧化剂气体供给路(12)，该氧化剂气体供给路将氧化剂气体向所述阴极流路供给；
燃料气体排出路(13)，该燃料气体排出路供从所述阳极流路排出的所述燃料气体流动；
改性器(3)，该改性器设置于所述燃料气体供给路，对所述燃料气体进行改性；
第一循环路(41)，该第一循环路使所述燃料气体作为第一循环气体从所述燃料气体排出路向所述燃料气体供给路中的所述改性器的上游侧循环；
循环装置(5)，该循环装置设置于所述燃料气体供给路，利用在该燃料气体供给路流动的所述燃料气体的气流作为驱动流，对所述第一循环气体进行吸引；以及
第二循环路(42)，该第二循环路使所述燃料气体作为第二循环气体从比所述循环装置靠下游侧的所述燃料气体供给路或所述燃料气体排出路向比所述循环装置靠上游侧的所述燃料气体供给路循环。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述第二循环路设置有对所述第二循环气体的流量进行控制的流量控制部(421、422)。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述第二循环路设置有对所述第二循环气体中的水分进行冷凝的冷凝器(423)。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池系统具有氧化剂用热交换部(122)，该氧化剂用热交换部能够使在所述冷凝器中产生的冷凝热向所述氧化剂气体供给路中的所述氧化剂气体移动。
5.根据权利要求3或4所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池系统具有燃料用热交换部(114)，该燃料用热交换部能够使在所述冷凝器中产生的冷凝热向所述燃料气体供给路中的所述燃料气体移动。
6.根据权利要求3～5中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述燃料气体供给路设置有检测所述燃料气体中的水分量的水分量检测部(113)。
7.根据权利要求3～6中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述燃料气体供给路的和所述第二循环路合流的合流部与所述循环装置之间连接有供给水蒸气的水蒸气供给路。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
在所述燃料气体供给路设置有利用氢将所述燃料气体所含的硫成分除去的加氢脱硫器(6)。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述改性器能够通过部分氧化改性反应得到氢，在所述改性器的上游侧的所述燃料气体供给路具备改性用氧化剂供给部(112)，该改性用氧化剂供给部供给用于所述部分氧化改性反应的氧化剂。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述改性用氧化剂供给部设置于所述循环装置与所述改性器之间的所述燃料气体供给路。
11.根据权利要求1～10中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第二循环路构成为使所述燃料气体从比所述改性器靠下游侧的所述燃料气体供给路或所述燃料气体排出路向比所述循环装置靠上游侧的所述燃料气体供给路循环。
12.根据权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第二循环路构成为使所述燃料气体从所述改性器与所述燃料电池之间的所述燃料气体供给路向比所述循环装置靠上游侧的所述燃料气体供给路循环。
13.根据权利要求1～10中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第二循环路构成为使所述燃料气体从所述循环装置与所述改性器之间的所述燃料气体供给路向比所述循环装置靠上游侧的所述燃料气体供给路循环。
14.根据权利要求1～13中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
设置有检测所述第一循环路中的所述第一循环气体的流量的第一循环流量检测部(411)。
15.根据权利要求14所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第一循环流量检测部构成为基于所述燃料电池的输出电压来检测所述第一循环气体的流量。
16.根据权利要求14所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第一循环流量检测部构成为基于所述第一循环气体的组成来检测所述第一循环气体的流量。
17.根据权利要求14所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池系统还具有燃烧器，该燃烧器使从所述阳极流路排出的所述燃料气体及从所述阴极流路排出的所述氧化剂气体燃烧，所述第一循环流量检测部基于所述燃烧器中的燃烧嘴的温度来检测所述第一循环气体的流量。
18.根据权利要求14～17中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
设置有对所述第二循环路中的所述第二循环气体的流量进行检测的第二循环流量检测部。
19.根据权利要求18所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第二循环流量检测部构成为基于所述循环装置的吸引部的入口压力来检测所述第二循环气体的流量。
20.根据权利要求18所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第二循环流量检测部构成为基于所述改性器的出口处的所述燃料气体的温度来检测所述第二循环气体的流量。
21.根据权利要求18～20中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池系统还具备：流量控制部，该流量控制部控制所述第二循环气体的流量；以及排出量检测部，该排出量检测部检测从所述阳极流路排出的所述燃料气体的流量，根据基于所述第一循环流量检测部的第一检测流量、基于所述第二循环流量检测部的第二检测流量以及基于所述排出量检测部的检测排出量，利用所述流量控制部调整所述第二循环气体的流量。
CN201880032628.6A 2017-05-18 2018-05-16 燃料电池系统 Active CN110637386B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017099070 2017-05-18
JP2017-099070 2017-05-18
JP2018-073759 2018-04-06
JP2018073759A JP6838577B2 (ja) 2017-05-18 2018-04-06 燃料電池システム
PCT/JP2018/018863 WO2018212214A1 (ja) 2017-05-18 2018-05-16 燃料電池システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110637386A true CN110637386A (zh) 2019-12-31
CN110637386B CN110637386B (zh) 2022-12-20

Family

ID=64569160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880032628.6A Active CN110637386B (zh) 2017-05-18 2018-05-16 燃料电池系统

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3627601A4 (zh)
JP (1) JP6838577B2 (zh)
CN (1) CN110637386B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113497253A (zh) * 2020-04-07 2021-10-12 丰田自动车株式会社 燃料电池系统

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210369654A1 (en) 2018-10-16 2021-12-02 Nippon Chemiphar Co., Ltd. Agent for improving quality of sleep
AU2019361808A1 (en) 2018-10-17 2021-05-20 Nippon Chemiphar Co., Ltd. Therapeutic or prophylactic agent for nocturnal polyuria
JP7370792B2 (ja) * 2019-09-30 2023-10-30 東京瓦斯株式会社 燃料電池システム、及び燃料電池システムの運転方法
JP7298495B2 (ja) * 2020-01-31 2023-06-27 株式会社Soken 燃料電池システム
WO2024089867A1 (ja) * 2022-10-28 2024-05-02 三菱電機株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003288920A (ja) * 2002-03-27 2003-10-10 Toto Ltd 燃料電池システム
JP2007128680A (ja) * 2005-11-01 2007-05-24 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 燃料電池システム
US20140322619A1 (en) * 2013-04-29 2014-10-30 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell system
JP2015179582A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 パナソニック株式会社 燃料電池システム
CN105580178A (zh) * 2013-09-23 2016-05-11 康维恩公司 用于高温电池系统的再循环设备及方法
JP2016104686A (ja) * 2014-11-25 2016-06-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素生成装置および燃料電池システム
JP2016130191A (ja) * 2015-01-14 2016-07-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素生成装置及び燃料電池システム
JP2016192334A (ja) * 2015-03-31 2016-11-10 株式会社デンソー 燃料電池システム

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6455383B2 (ja) * 2014-10-01 2019-01-23 株式会社デンソー 燃料電池装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003288920A (ja) * 2002-03-27 2003-10-10 Toto Ltd 燃料電池システム
JP2007128680A (ja) * 2005-11-01 2007-05-24 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 燃料電池システム
US20140322619A1 (en) * 2013-04-29 2014-10-30 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell system
CN105580178A (zh) * 2013-09-23 2016-05-11 康维恩公司 用于高温电池系统的再循环设备及方法
JP2015179582A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 パナソニック株式会社 燃料電池システム
JP2016104686A (ja) * 2014-11-25 2016-06-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素生成装置および燃料電池システム
JP2016130191A (ja) * 2015-01-14 2016-07-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素生成装置及び燃料電池システム
JP2016192334A (ja) * 2015-03-31 2016-11-10 株式会社デンソー 燃料電池システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113497253A (zh) * 2020-04-07 2021-10-12 丰田自动车株式会社 燃料电池系统

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018195570A (ja) 2018-12-06
CN110637386B (zh) 2022-12-20
EP3627601A4 (en) 2020-05-13
EP3627601A1 (en) 2020-03-25
JP6838577B2 (ja) 2021-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110637386B (zh) 燃料电池系统
CN102473948B (zh) 燃料电池系统及其控制方法
US20230041819A1 (en) Fuel cell system
JP7116651B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池システム
JP2011076846A (ja) 固体酸化物型燃料電池の停止方法
CN115799566A (zh) 燃料电池系统
JP5317187B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池システム
KR102168486B1 (ko) 연료 전지 스택 온도의 제어 시스템 및 제어 방법
JP2017050049A (ja) 燃料電池システム
US11211624B2 (en) Fuel cell system
WO2019176638A1 (ja) 燃料電池システム
JP5227115B2 (ja) 燃料電池システム
CN113632269B (zh) 燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法
JP6879031B2 (ja) 燃料電池システム
JP7139900B2 (ja) 燃料電池システム
JP7155907B2 (ja) 燃料電池システム
JP6272639B2 (ja) アノードガス再循環を改善した燃料電池システム及び燃料電池システムを運転する方法
CN114365313A (zh) 燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法
JP2002134140A (ja) 燃料電池システム
JP7468450B2 (ja) 燃料電池システム
JP2023154588A (ja) 燃料電池システム
JP2010108770A (ja) 燃料電池発電システム及び燃料電池発電システムの制御方法
JP6358932B2 (ja) 燃料電池システム
JP6787095B2 (ja) 燃料電池システム
JP6787037B2 (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant