JP2003017103A - 固体電解質型燃料電池システム - Google Patents
固体電解質型燃料電池システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 この発明は、効率を向上させることができる
固体電解質型燃料電池システムを提供することを課題と
する。 【解決手段】 ＳＯＦＣ１１から排出された高温の排燃
料は燃焼器１２で完全燃焼され、燃焼器１２から排出さ
れた排ガスは第２の空気予熱器１３、蒸発器１４及び第
１の空気予熱器１５でそれぞれ熱交換することにより降
温された後、排ガスの一部がコンプレッサ１６により外
部から投入された燃料と共にドライブガスとしてエゼク
タ１７に所定の圧力で供給され、ＳＯＦＣから排出され
た排燃料の一部がエゼクタ１７に吸引されて再循環され
る。空気ファン１８によって外部から送り込まれた空気
は第１の空気予熱器１５で予熱されてから、ＳＯＦＣ１
１内のインテーク空気熱交換器１９で再度予熱され、さ
らに第２の空気予熱器１３で予熱された後にＳＯＦＣ１
１に投入される。
固体電解質型燃料電池システムを提供することを課題と
する。 【解決手段】 ＳＯＦＣ１１から排出された高温の排燃
料は燃焼器１２で完全燃焼され、燃焼器１２から排出さ
れた排ガスは第２の空気予熱器１３、蒸発器１４及び第
１の空気予熱器１５でそれぞれ熱交換することにより降
温された後、排ガスの一部がコンプレッサ１６により外
部から投入された燃料と共にドライブガスとしてエゼク
タ１７に所定の圧力で供給され、ＳＯＦＣから排出され
た排燃料の一部がエゼクタ１７に吸引されて再循環され
る。空気ファン１８によって外部から送り込まれた空気
は第１の空気予熱器１５で予熱されてから、ＳＯＦＣ１
１内のインテーク空気熱交換器１９で再度予熱され、さ
らに第２の空気予熱器１３で予熱された後にＳＯＦＣ１
１に投入される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体電解質型燃
料電池システムに係り、特に燃料電池本体から排出され
た燃料排ガスの一部を再循環させるシステムに関する。
料電池システムに係り、特に燃料電池本体から排出され
た燃料排ガスの一部を再循環させるシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を用
いたコジェネレーションシステムの構成を図８に示す。
ＳＯＦＣ１は、例えば脱硫装置２で脱硫された天然ガス
を燃料とし、空気を酸化剤として１０００℃程度の高温
下での反応により発電を行うものである。ＳＯＦＣ１か
ら排出された高温の排ガスを排熱回収ボイラ３に導入す
ることにより、ここで温水あるいは蒸気が製造され、各
種用途に利用される。なお、ＳＯＦＣ１での反応に供さ
れる空気は排熱回収ボイラ３で予熱された後にＳＯＦＣ
１に供給される。このようなコジェネレーションシステ
ムにより発電と共に熱利用を図ることが可能となる。
いたコジェネレーションシステムの構成を図８に示す。
ＳＯＦＣ１は、例えば脱硫装置２で脱硫された天然ガス
を燃料とし、空気を酸化剤として１０００℃程度の高温
下での反応により発電を行うものである。ＳＯＦＣ１か
ら排出された高温の排ガスを排熱回収ボイラ３に導入す
ることにより、ここで温水あるいは蒸気が製造され、各
種用途に利用される。なお、ＳＯＦＣ１での反応に供さ
れる空気は排熱回収ボイラ３で予熱された後にＳＯＦＣ
１に供給される。このようなコジェネレーションシステ
ムにより発電と共に熱利用を図ることが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳＯＦ
Ｃ１からの高温の排ガスを排熱回収ボイラ３に一度通す
だけでは十分な熱回収を行うことができなかった。シス
テムとしての効率が満足し得るものではなかった。特
に、高圧の蒸発器にＳＯＦＣ１からの排ガスを導入し
て、例えば１０ｋｇｆ／ｃｍ2、１７５℃程度の吸収冷
凍機用蒸気を製造しようとしても、熱回収は満足し得る
ものではなく、コジェネレーションシステムとしての効
率は低いものであった。この発明はこのような問題点を
解消するためになされたもので、効率を向上させること
ができる固体電解質型燃料電池システムを提供すること
を目的とする。
Ｃ１からの高温の排ガスを排熱回収ボイラ３に一度通す
だけでは十分な熱回収を行うことができなかった。シス
テムとしての効率が満足し得るものではなかった。特
に、高圧の蒸発器にＳＯＦＣ１からの排ガスを導入し
て、例えば１０ｋｇｆ／ｃｍ2、１７５℃程度の吸収冷
凍機用蒸気を製造しようとしても、熱回収は満足し得る
ものではなく、コジェネレーションシステムとしての効
率は低いものであった。この発明はこのような問題点を
解消するためになされたもので、効率を向上させること
ができる固体電解質型燃料電池システムを提供すること
を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る固体電解質型燃料電池システムは、燃料電池から排出
された排燃料と排空気とを混合して燃焼させる燃焼器
と、燃焼器からの排ガスの熱を利用して水蒸気または温
水を製造する第１の熱回収器と、熱回収器から排出され
た排ガスにより燃料電池への供給空気を予熱する第１の
空気予熱器と、燃焼器と熱回収器との間に接続され且つ
燃焼器からの排ガスにより第１の空気予熱器で予熱され
た供給空気をさらに予熱して燃料電池に供給する第２の
空気予熱器とを備えたものである。
る固体電解質型燃料電池システムは、燃料電池から排出
された排燃料と排空気とを混合して燃焼させる燃焼器
と、燃焼器からの排ガスの熱を利用して水蒸気または温
水を製造する第１の熱回収器と、熱回収器から排出され
た排ガスにより燃料電池への供給空気を予熱する第１の
空気予熱器と、燃焼器と熱回収器との間に接続され且つ
燃焼器からの排ガスにより第１の空気予熱器で予熱され
た供給空気をさらに予熱して燃料電池に供給する第２の
空気予熱器とを備えたものである。
【０００５】請求項２に係る固体電解質型燃料電池シス
テムは、請求項１のシステムにおいて、燃料電池及びシ
ステム全体からのヒートロス回収のため燃料電池の内部
もしくは外部に配置され且つ第１の空気予熱器で予熱さ
れた供給空気を燃料電池内もしくは外部で加熱した後に
第２の空気予熱器に導入するインテーク空気熱交換器を
さらに備えたものである。請求項３に係る固体電解質型
燃料電池システムは、請求項１または２のシステムにお
いて、第１の空気予熱器から排出された排ガスをドライ
ブガスとして燃料電池から排出された排燃料の一部を燃
料電池に再循環させるためのエゼクタをさらに備えたも
のである。請求項４に係る固体電解質型燃料電池システ
ムは、請求項１〜３のいずれか一項のシステムにおい
て、燃料電池と燃焼器との間に接続され且つ燃料電池か
ら排出された排燃料または排空気の熱を利用して水蒸気
または温水を製造する第２の熱回収器をさらに備えたも
のである。
テムは、請求項１のシステムにおいて、燃料電池及びシ
ステム全体からのヒートロス回収のため燃料電池の内部
もしくは外部に配置され且つ第１の空気予熱器で予熱さ
れた供給空気を燃料電池内もしくは外部で加熱した後に
第２の空気予熱器に導入するインテーク空気熱交換器を
さらに備えたものである。請求項３に係る固体電解質型
燃料電池システムは、請求項１または２のシステムにお
いて、第１の空気予熱器から排出された排ガスをドライ
ブガスとして燃料電池から排出された排燃料の一部を燃
料電池に再循環させるためのエゼクタをさらに備えたも
のである。請求項４に係る固体電解質型燃料電池システ
ムは、請求項１〜３のいずれか一項のシステムにおい
て、燃料電池と燃焼器との間に接続され且つ燃料電池か
ら排出された排燃料または排空気の熱を利用して水蒸気
または温水を製造する第２の熱回収器をさらに備えたも
のである。
【０００６】請求項５に係る固体電解質型燃料電池シス
テムは、請求項１〜４のいずれか一項のシステムにおい
て、燃焼器内の温度を下げるために第１の空気予熱器か
ら排出された排ガスが燃焼器に導入されるものである。
請求項６に係る固体電解質型燃料電池システムは、請求
項１〜５のいずれか一項のシステムにおいて、燃料電池
に供給される燃料と第２の空気予熱器から燃料電池に供
給される空気との間で熱交換させる燃料／空気熱交換器
をさらに備えたものである。請求項７に係る固体電解質
型燃料電池システムは、請求項３のシステムにおいて、
第１の空気予熱器から排出された排ガスに供給燃料が投
入され、エゼクタにより再循環される排燃料の熱を利用
して供給燃料を予熱する燃料予熱器をさらに備えたもの
である。
テムは、請求項１〜４のいずれか一項のシステムにおい
て、燃焼器内の温度を下げるために第１の空気予熱器か
ら排出された排ガスが燃焼器に導入されるものである。
請求項６に係る固体電解質型燃料電池システムは、請求
項１〜５のいずれか一項のシステムにおいて、燃料電池
に供給される燃料と第２の空気予熱器から燃料電池に供
給される空気との間で熱交換させる燃料／空気熱交換器
をさらに備えたものである。請求項７に係る固体電解質
型燃料電池システムは、請求項３のシステムにおいて、
第１の空気予熱器から排出された排ガスに供給燃料が投
入され、エゼクタにより再循環される排燃料の熱を利用
して供給燃料を予熱する燃料予熱器をさらに備えたもの
である。
【０００７】請求項８に係る固体電解質型燃料電池シス
テムは、燃料電池から排出された排燃料の一部を冷却す
る冷却器と、冷却器で冷却された排燃料を供給燃料に混
合させるための排燃料ファンと、排燃料が混合された供
給燃料を昇温させる燃料加熱器とを備えたものである。
請求項９に係る固体電解質型燃料電池システムは、燃料
電池から排出された排燃料と排空気とを混合して燃焼さ
せる燃焼器と、燃焼器からの排ガスの熱を回収する熱交
換器と、熱交換器から排出された排ガスをドライブガス
として燃料電池から排出された排燃料の一部を燃料電池
に再循環させるためのエゼクタとを備えたものである。
請求項１０に係る固体電解質型燃料電池システムは、燃
料電池から排出された排燃料と排空気とを混合して燃焼
させる燃焼器と、燃焼器からの排ガスの熱を利用して水
蒸気を製造する蒸発器と、蒸発器で製造された水蒸気を
ドライブガスとして燃料電池から排出された排燃料の一
部を燃料電池に再循環させるためのエゼクタとを備えた
ものである。
テムは、燃料電池から排出された排燃料の一部を冷却す
る冷却器と、冷却器で冷却された排燃料を供給燃料に混
合させるための排燃料ファンと、排燃料が混合された供
給燃料を昇温させる燃料加熱器とを備えたものである。
請求項９に係る固体電解質型燃料電池システムは、燃料
電池から排出された排燃料と排空気とを混合して燃焼さ
せる燃焼器と、燃焼器からの排ガスの熱を回収する熱交
換器と、熱交換器から排出された排ガスをドライブガス
として燃料電池から排出された排燃料の一部を燃料電池
に再循環させるためのエゼクタとを備えたものである。
請求項１０に係る固体電解質型燃料電池システムは、燃
料電池から排出された排燃料と排空気とを混合して燃焼
させる燃焼器と、燃焼器からの排ガスの熱を利用して水
蒸気を製造する蒸発器と、蒸発器で製造された水蒸気を
ドライブガスとして燃料電池から排出された排燃料の一
部を燃料電池に再循環させるためのエゼクタとを備えた
ものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。 実施の形態１．図１にこの発明の実施の形態１に係る固
体電解質型燃料電池システムの構成を示す。ＳＯＦＣ
（固体電解質型燃料電池）１１の排燃料及び排空気の排
出口に燃焼器１２が接続され、燃焼器１２の下流側に第
２の空気予熱器１３、蒸発器１４及び第１の空気予熱器
１５が順次接続されている。第１の空気予熱器１５の下
流側にはコンプレッサ１６が配設され、コンプレッサ１
６の出口がエゼクタ１７を介してＳＯＦＣ１１の燃料投
入口に接続されている。エゼクタ１７にはＳＯＦＣ１１
の排燃料ラインが接続されている。また、第１の空気予
熱器１５には、空気を供給するための空気ファン１８が
接続され、第１の空気予熱器１５を出た空気ラインはＳ
ＯＦＣ１１及びシステム全体からのヒートロス回収のた
めＳＯＦＣ１１内もしくは外部に設けられたインテーク
空気熱交換器１９（図ではＳＯＦＣ内に配置されたもの
を示しているがＳＯＦＣ外部に設けても良い。以下同
じ）及び第２の空気予熱器１３を介してＳＯＦＣ１１の
空気投入口に接続されている。なお、蒸発器１４はこの
発明の第１の熱回収器を形成している。
付図面に基づいて説明する。 実施の形態１．図１にこの発明の実施の形態１に係る固
体電解質型燃料電池システムの構成を示す。ＳＯＦＣ
（固体電解質型燃料電池）１１の排燃料及び排空気の排
出口に燃焼器１２が接続され、燃焼器１２の下流側に第
２の空気予熱器１３、蒸発器１４及び第１の空気予熱器
１５が順次接続されている。第１の空気予熱器１５の下
流側にはコンプレッサ１６が配設され、コンプレッサ１
６の出口がエゼクタ１７を介してＳＯＦＣ１１の燃料投
入口に接続されている。エゼクタ１７にはＳＯＦＣ１１
の排燃料ラインが接続されている。また、第１の空気予
熱器１５には、空気を供給するための空気ファン１８が
接続され、第１の空気予熱器１５を出た空気ラインはＳ
ＯＦＣ１１及びシステム全体からのヒートロス回収のた
めＳＯＦＣ１１内もしくは外部に設けられたインテーク
空気熱交換器１９（図ではＳＯＦＣ内に配置されたもの
を示しているがＳＯＦＣ外部に設けても良い。以下同
じ）及び第２の空気予熱器１３を介してＳＯＦＣ１１の
空気投入口に接続されている。なお、蒸発器１４はこの
発明の第１の熱回収器を形成している。
【０００９】次に、この実施の形態１の動作について説
明する。ＳＯＦＣ１１に燃料と空気とが供給され、１０
００℃程度の高温下で反応が進んで発電が行われる。Ｓ
ＯＦＣ１１から排出された高温の排燃料と排空気は燃焼
器１２に送られ、ここで未反応の水素が完全燃焼する。
燃焼器１２から排出された高温の排ガスは第２の空気予
熱器１３、蒸発器１４及び第１の空気予熱器１５でそれ
ぞれ熱交換することにより降温された後、この排ガスの
一部がコンプレッサ１６により圧縮され、外部から投入
された燃料と共にドライブガスとしてエゼクタ１７に所
定の圧力で供給される。これにより、ＳＯＦＣ１１から
排出された排燃料の一部がエゼクタ１７へ吸引され、第
１の空気予熱器１５を通った排ガス及び外部から投入さ
れた燃料と共にＳＯＦＣ１１に投入される。
明する。ＳＯＦＣ１１に燃料と空気とが供給され、１０
００℃程度の高温下で反応が進んで発電が行われる。Ｓ
ＯＦＣ１１から排出された高温の排燃料と排空気は燃焼
器１２に送られ、ここで未反応の水素が完全燃焼する。
燃焼器１２から排出された高温の排ガスは第２の空気予
熱器１３、蒸発器１４及び第１の空気予熱器１５でそれ
ぞれ熱交換することにより降温された後、この排ガスの
一部がコンプレッサ１６により圧縮され、外部から投入
された燃料と共にドライブガスとしてエゼクタ１７に所
定の圧力で供給される。これにより、ＳＯＦＣ１１から
排出された排燃料の一部がエゼクタ１７へ吸引され、第
１の空気予熱器１５を通った排ガス及び外部から投入さ
れた燃料と共にＳＯＦＣ１１に投入される。
【００１０】一方、空気ファン１８によって外部から送
り込まれた空気は第１の空気予熱器１５で予熱されてか
ら、ＳＯＦＣ１１内のインテーク空気熱交換器１９で再
度予熱され、さらに第２の空気予熱器１３で予熱された
後にＳＯＦＣ１１に投入される。また、蒸発器１４には
水あるいは温水が供給され、ここで第２の空気予熱器１
３から排出された高温の排ガスにより加熱されて水蒸気
が製造される。この水蒸気は蒸気機関等で各種の用途に
使用される。
り込まれた空気は第１の空気予熱器１５で予熱されてか
ら、ＳＯＦＣ１１内のインテーク空気熱交換器１９で再
度予熱され、さらに第２の空気予熱器１３で予熱された
後にＳＯＦＣ１１に投入される。また、蒸発器１４には
水あるいは温水が供給され、ここで第２の空気予熱器１
３から排出された高温の排ガスにより加熱されて水蒸気
が製造される。この水蒸気は蒸気機関等で各種の用途に
使用される。
【００１１】このように、ＳＯＦＣ１１から排出された
排燃料と排空気を燃焼器１２で燃焼させるので、未反応
の水素がシステム外に排出されることがなく、システム
の安全性が確保される。また、燃焼器１２から排出され
た高温の排ガスを第２の空気予熱器１３、蒸発器１４及
び第１の空気予熱器１５でそれぞれ熱交換するように構
成したので、排ガスの熱回収を十分に行うことができ、
システムの効率が向上する。さらに、ＳＯＦＣ１１内の
インテーク空気熱交換器１９で供給空気を予熱するの
で、熱損失が低減される。また、排ガスを利用してエゼ
クタ１７により排燃料の一部を再循環させるので、排燃
料中の未反応の水素を再利用して発電効率を向上させる
ことができると共にＳＯＦＣ１１の燃料量が増えること
によりＳＯＦＣ１１の出口の燃料温度が高くなることが
抑制され、ＳＯＦＣ１１及び配管等の耐久性及び信頼性
が向上する。
排燃料と排空気を燃焼器１２で燃焼させるので、未反応
の水素がシステム外に排出されることがなく、システム
の安全性が確保される。また、燃焼器１２から排出され
た高温の排ガスを第２の空気予熱器１３、蒸発器１４及
び第１の空気予熱器１５でそれぞれ熱交換するように構
成したので、排ガスの熱回収を十分に行うことができ、
システムの効率が向上する。さらに、ＳＯＦＣ１１内の
インテーク空気熱交換器１９で供給空気を予熱するの
で、熱損失が低減される。また、排ガスを利用してエゼ
クタ１７により排燃料の一部を再循環させるので、排燃
料中の未反応の水素を再利用して発電効率を向上させる
ことができると共にＳＯＦＣ１１の燃料量が増えること
によりＳＯＦＣ１１の出口の燃料温度が高くなることが
抑制され、ＳＯＦＣ１１及び配管等の耐久性及び信頼性
が向上する。
【００１２】実施の形態２．実施の形態２に係る固体電
解質型燃料電池システムの構成を図２に示す。このシス
テムは、図１に示した実施の形態１のシステムにおい
て、ＳＯＦＣ１１と燃焼器１２との間に第２の熱回収器
となるもう一つの蒸発器２０を介在させたものである。
この蒸発器２０によりＳＯＦＣ１１から排出された高温
の排燃料の熱を利用して水蒸気を製造することができる
と同時に、蒸発器２０で熱交換がなされるので燃焼器１
２に導入される排燃料の温度が低減され、燃焼器１２内
における燃焼温度が低減される。その結果、燃焼器１２
や第２の空気予熱器１３及び第２の空気予熱器１５にＳ
ＵＳ等の汎用材料を使用することができ、コストダウン
を図ることが可能となる。
解質型燃料電池システムの構成を図２に示す。このシス
テムは、図１に示した実施の形態１のシステムにおい
て、ＳＯＦＣ１１と燃焼器１２との間に第２の熱回収器
となるもう一つの蒸発器２０を介在させたものである。
この蒸発器２０によりＳＯＦＣ１１から排出された高温
の排燃料の熱を利用して水蒸気を製造することができる
と同時に、蒸発器２０で熱交換がなされるので燃焼器１
２に導入される排燃料の温度が低減され、燃焼器１２内
における燃焼温度が低減される。その結果、燃焼器１２
や第２の空気予熱器１３及び第２の空気予熱器１５にＳ
ＵＳ等の汎用材料を使用することができ、コストダウン
を図ることが可能となる。
【００１３】なお、蒸発器２０をＳＯＦＣ１１からの排
燃料のラインではなく、排空気のラインに介在させるこ
ともできる。また、第２の熱回収器として蒸発器２０の
代わりに温水加熱器や空気予熱器を用いてもよい。図２
においては、二つの蒸発器１４及び２０を直列に接続し
たが、これに限るものではなく、蒸発器１４及び２０を
それぞれ独立して使用することもできる。
燃料のラインではなく、排空気のラインに介在させるこ
ともできる。また、第２の熱回収器として蒸発器２０の
代わりに温水加熱器や空気予熱器を用いてもよい。図２
においては、二つの蒸発器１４及び２０を直列に接続し
たが、これに限るものではなく、蒸発器１４及び２０を
それぞれ独立して使用することもできる。
【００１４】実施の形態３．実施の形態３に係る固体電
解質型燃料電池システムの構成を図３に示す。このシス
テムは、図１に示した実施の形態１のシステムにおい
て、第１の空気予熱器１５の下流側の低温の排ガスを燃
焼器１２内に導入して燃焼器１２内における燃焼温度を
低減しようとするものである。これにより、燃焼器１２
や第２の空気予熱器１３及び第２の空気予熱器１５にＳ
ＵＳ等の汎用材料を使用することができ、コストダウン
を図ることが可能となる。なお、第１の空気予熱器１５
の下流側の排ガス量が不足する場合には、図２に示され
るように、コンプレッサ１６の出口側と燃焼器１２との
間にエゼクタ２１を配置し、エゼクタ２１に第１の空気
予熱器１５の下流側を接続することが好ましい。コンプ
レッサ１６により圧縮された排ガスにより、第１の空気
予熱器１５の下流側の排ガスがエゼクタ２１へ吸引さ
れ、燃焼器１２に投入される。なお、実施の形態２のシ
ステムにおいて、第１の空気予熱器１５の下流側の排ガ
スを燃焼器１２内に導入するように構成してもよい。
解質型燃料電池システムの構成を図３に示す。このシス
テムは、図１に示した実施の形態１のシステムにおい
て、第１の空気予熱器１５の下流側の低温の排ガスを燃
焼器１２内に導入して燃焼器１２内における燃焼温度を
低減しようとするものである。これにより、燃焼器１２
や第２の空気予熱器１３及び第２の空気予熱器１５にＳ
ＵＳ等の汎用材料を使用することができ、コストダウン
を図ることが可能となる。なお、第１の空気予熱器１５
の下流側の排ガス量が不足する場合には、図２に示され
るように、コンプレッサ１６の出口側と燃焼器１２との
間にエゼクタ２１を配置し、エゼクタ２１に第１の空気
予熱器１５の下流側を接続することが好ましい。コンプ
レッサ１６により圧縮された排ガスにより、第１の空気
予熱器１５の下流側の排ガスがエゼクタ２１へ吸引さ
れ、燃焼器１２に投入される。なお、実施の形態２のシ
ステムにおいて、第１の空気予熱器１５の下流側の排ガ
スを燃焼器１２内に導入するように構成してもよい。
【００１５】実施の形態４．実施の形態４に係る固体電
解質型燃料電池システムの構成を図４に示す。このシス
テムは、図３に示した実施の形態３のシステムにおい
て、ＳＯＦＣ１１に投入される燃料と空気との間で熱交
換させる空気／燃料熱交換器２２を設けたものである。
このようにすることにより、ＳＯＦＣ１１に投入される
燃料と空気の温度差が低減され、ＳＯＦＣ１１内に使用
されているセラミック等の材料の耐久性が向上する。空
気／燃料熱交換器２２は、実施の形態１または２のシス
テムに組み込むこともできる。
解質型燃料電池システムの構成を図４に示す。このシス
テムは、図３に示した実施の形態３のシステムにおい
て、ＳＯＦＣ１１に投入される燃料と空気との間で熱交
換させる空気／燃料熱交換器２２を設けたものである。
このようにすることにより、ＳＯＦＣ１１に投入される
燃料と空気の温度差が低減され、ＳＯＦＣ１１内に使用
されているセラミック等の材料の耐久性が向上する。空
気／燃料熱交換器２２は、実施の形態１または２のシス
テムに組み込むこともできる。
【００１６】実施の形態５．実施の形態５に係る固体電
解質型燃料電池システムの構成を図５に示す。このシス
テムは、図４に示した実施の形態４のシステムにおい
て、エゼクタ１７の上流側に燃料予熱器２３を配設し、
エゼクタ１７により再循環される排燃料をこの燃料予熱
器２３に導入するようにしたものである。これにより、
システムの外部から投入された燃料は再循環される排燃
料の熱によって予熱され、自己着火温度に達した時点で
燃焼する。このため、エゼクタ１７での燃料の燃焼を防
止することができ、システム運転の安全性が確保され
る。この燃料予熱器２３は実施の形態４のシステムに限
らず、実施の形態１〜３の各システムに適用することも
できる。なお、上記の実施の形態１〜５において、第１
の熱回収器として蒸発器１４の代わりに温水加熱器を用
いることもできる。
解質型燃料電池システムの構成を図５に示す。このシス
テムは、図４に示した実施の形態４のシステムにおい
て、エゼクタ１７の上流側に燃料予熱器２３を配設し、
エゼクタ１７により再循環される排燃料をこの燃料予熱
器２３に導入するようにしたものである。これにより、
システムの外部から投入された燃料は再循環される排燃
料の熱によって予熱され、自己着火温度に達した時点で
燃焼する。このため、エゼクタ１７での燃料の燃焼を防
止することができ、システム運転の安全性が確保され
る。この燃料予熱器２３は実施の形態４のシステムに限
らず、実施の形態１〜３の各システムに適用することも
できる。なお、上記の実施の形態１〜５において、第１
の熱回収器として蒸発器１４の代わりに温水加熱器を用
いることもできる。
【００１７】実施の形態６．実施の形態６に係る固体電
解質型燃料電池システムの要部構成を図６に示す。この
システムは、ＳＯＦＣ１１から排出される排燃料の一部
を排燃料冷却器２４で冷却すると共にこの排燃料を排燃
料ファン２５でシステムの外部から投入された燃料に混
合し、さらに排燃料が混合された燃料を燃料加熱器２６
で昇温させてＳＯＦＣ１１に投入するようにしたもので
ある。このような構成とすることにより、実施の形態１
〜５に示したエゼクタ１７の代わりに排燃料ファン２５
を用いて排燃料を再循環させることができる。ただし、
排燃料ファン２５が使用できる温度にまで排燃料を排燃
料冷却器２４で冷却する必要がある。また、ＳＯＦＣ１
１に投入するために、燃料加熱器２６で加熱している。
解質型燃料電池システムの要部構成を図６に示す。この
システムは、ＳＯＦＣ１１から排出される排燃料の一部
を排燃料冷却器２４で冷却すると共にこの排燃料を排燃
料ファン２５でシステムの外部から投入された燃料に混
合し、さらに排燃料が混合された燃料を燃料加熱器２６
で昇温させてＳＯＦＣ１１に投入するようにしたもので
ある。このような構成とすることにより、実施の形態１
〜５に示したエゼクタ１７の代わりに排燃料ファン２５
を用いて排燃料を再循環させることができる。ただし、
排燃料ファン２５が使用できる温度にまで排燃料を排燃
料冷却器２４で冷却する必要がある。また、ＳＯＦＣ１
１に投入するために、燃料加熱器２６で加熱している。
【００１８】実施の形態７．実施の形態７に係る固体電
解質型燃料電池システムの要部構成を図７に示す。この
システムは、第１の熱回収器である蒸発器１４で製造さ
れた水蒸気をドライブガスとしてエゼクタ１７に導入
し、水蒸気の圧力によってＳＯＦＣ１１から排出された
排燃料の一部をエゼクタ１７に吸引して再循環させるよ
うにしたものである。エゼクタ１７の下流側あるいは上
流側で外部から燃料が投入され、排燃料と共にＳＯＦＣ
１１に供給される。
解質型燃料電池システムの要部構成を図７に示す。この
システムは、第１の熱回収器である蒸発器１４で製造さ
れた水蒸気をドライブガスとしてエゼクタ１７に導入
し、水蒸気の圧力によってＳＯＦＣ１１から排出された
排燃料の一部をエゼクタ１７に吸引して再循環させるよ
うにしたものである。エゼクタ１７の下流側あるいは上
流側で外部から燃料が投入され、排燃料と共にＳＯＦＣ
１１に供給される。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ＳＯＦＣから排出された高温の排燃料が燃焼器で完
全燃焼され、燃焼器から排出された排ガスが第１の熱回
収器と第１及び第２の空気予熱器でそれぞれ熱回収され
るので、システムの効率の向上を図ることができる。ま
た、燃料電池から排出された排燃料と排空気とを燃焼器
で燃焼させ、燃焼器からの排ガスの熱を熱交換器で回収
して熱交換器から排出された排ガスをドライブガスとし
て、あるいは燃焼器からの排ガスの熱で水蒸気を製造し
てこの水蒸気をドライブガスとして、エゼクタにより排
燃料の一部を再循環させるようにすれば、排燃料中の未
反応の水素を再利用することができ、発電効率が向上す
る。また、ＳＯＦＣの燃料量が増えることによりＳＯＦ
Ｃの出口の燃料温度が高くなることが抑制され、ＳＯＦ
Ｃ及び配管等の耐久性及び信頼性が向上する。さらに、
燃料電池から排出された排燃料の一部を冷却器で冷却し
た後に排燃料ファンでこの排燃料を供給燃料に混合させ
るようにすれば、ファンによって排燃料の再循環を行う
ことが可能となる。
ば、ＳＯＦＣから排出された高温の排燃料が燃焼器で完
全燃焼され、燃焼器から排出された排ガスが第１の熱回
収器と第１及び第２の空気予熱器でそれぞれ熱回収され
るので、システムの効率の向上を図ることができる。ま
た、燃料電池から排出された排燃料と排空気とを燃焼器
で燃焼させ、燃焼器からの排ガスの熱を熱交換器で回収
して熱交換器から排出された排ガスをドライブガスとし
て、あるいは燃焼器からの排ガスの熱で水蒸気を製造し
てこの水蒸気をドライブガスとして、エゼクタにより排
燃料の一部を再循環させるようにすれば、排燃料中の未
反応の水素を再利用することができ、発電効率が向上す
る。また、ＳＯＦＣの燃料量が増えることによりＳＯＦ
Ｃの出口の燃料温度が高くなることが抑制され、ＳＯＦ
Ｃ及び配管等の耐久性及び信頼性が向上する。さらに、
燃料電池から排出された排燃料の一部を冷却器で冷却し
た後に排燃料ファンでこの排燃料を供給燃料に混合させ
るようにすれば、ファンによって排燃料の再循環を行う
ことが可能となる。
【図１】 この発明の実施の形態１に係る固体電解質型
燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】 実施の形態２に係る固体電解質型燃料電池シ
ステムの構成を示すブロック図である。
ステムの構成を示すブロック図である。
【図３】 実施の形態３に係る固体電解質型燃料電池シ
ステムの構成を示すブロック図である。
ステムの構成を示すブロック図である。
【図４】 実施の形態４に係る固体電解質型燃料電池シ
ステムの構成を示すブロック図である。
ステムの構成を示すブロック図である。
【図５】 実施の形態５に係る固体電解質型燃料電池シ
ステムの構成を示すブロック図である。
ステムの構成を示すブロック図である。
【図６】 実施の形態６に係る固体電解質型燃料電池シ
ステムの要部構成を示すブロック図である。
ステムの要部構成を示すブロック図である。
【図７】 実施の形態７に係る固体電解質型燃料電池シ
ステムの要部構成を示すブロック図である。
ステムの要部構成を示すブロック図である。
【図８】 固体電解質型燃料電池を用いたコジェネレー
ションシステムの構成を示すブロック図である。
ションシステムの構成を示すブロック図である。
１１ ＳＯＦＣ、１２ 燃焼器、１３ 第２の空気予熱
器、１４，２０ 蒸発器、１５ 第１の空気予熱器、１
６ コンプレッサ、１７，２１ エゼクタ、１８ 空気
ファン、１９ インテーク空気熱交換器、２２ 空気／
燃料熱交換器、２３ 燃料予熱器、２４ 排燃料冷却
器、２５ 排燃料ファン、２６ 燃料加熱器。
器、１４，２０ 蒸発器、１５ 第１の空気予熱器、１
６ コンプレッサ、１７，２１ エゼクタ、１８ 空気
ファン、１９ インテーク空気熱交換器、２２ 空気／
燃料熱交換器、２３ 燃料予熱器、２４ 排燃料冷却
器、２５ 排燃料ファン、２６ 燃料加熱器。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 相木 英鋭
兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１
号 三菱重工業株式会社神戸造船所内
(72)発明者 武信 弘一
兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１
号 三菱重工業株式会社神戸造船所内
(72)発明者 岸沢 浩
兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１
号 三菱重工業株式会社神戸造船所内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06
5H027 AA06 BA09 BC11 DD06 MM04
MM08 MM09
Claims (10)
- 【請求項１】 固体電解質型燃料電池から排出された排
ガスから熱回収を行うシステムにおいて、 燃料電池から排出された排燃料と排空気とを混合して燃
焼させる燃焼器と、 前記燃焼器からの排ガスの熱を利用して水蒸気または温
水を製造する第１の熱回収器と、 前記熱回収器から排出された排ガスにより燃料電池への
供給空気を予熱する第１の空気予熱器と、 前記燃焼器と前記熱回収器との間に接続され且つ前記燃
焼器からの排ガスにより前記第１の空気予熱器で予熱さ
れた供給空気をさらに予熱して燃料電池に供給する第２
の空気予熱器とを備えたことを特徴とする固体電解質型
燃料電池システム。 - 【請求項２】 燃料電池の内部もしくは外部に配置され
且つ前記第１の空気予熱器で予熱された供給空気を燃料
電池内もしくは外部で加熱した後に前記第２の空気予熱
器に導入するインテーク空気熱交換器をさらに備えた請
求項１に記載のシステム。 - 【請求項３】 前記第１の空気予熱器から排出された排
ガスをドライブガスとして燃料電池から排出された排燃
料の一部を燃料電池に再循環させるためのエゼクタをさ
らに備えた請求項１または２に記載のシステム。 - 【請求項４】 燃料電池と前記燃焼器との間に接続され
且つ燃料電池から排出された排燃料または排空気の熱を
利用して水蒸気または温水を製造する第２の熱回収器を
さらに備えた請求項１〜３のいずれか一項に記載のシス
テム。 - 【請求項５】 前記燃焼器内の温度を下げるために前記
第１の空気予熱器から排出された排ガスが前記燃焼器に
導入される請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステ
ム。 - 【請求項６】 燃料電池に供給される燃料と前記第２の
空気予熱器から燃料電池に供給される空気との間で熱交
換させる燃料／空気熱交換器をさらに備えた請求項１〜
５のいずれか一項に記載のシステム。 - 【請求項７】 前記第１の空気予熱器から排出された排
ガスに供給燃料が投入され、前記エゼクタにより再循環
される排燃料の熱を利用して供給燃料を予熱する燃料予
熱器をさらに備えた請求項３に記載のシステム。 - 【請求項８】 固体電解質型燃料電池から排出された排
燃料の一部を燃料電池に再循環させるシステムにおい
て、 燃料電池から排出された排燃料の一部を冷却する冷却器
と、 前記冷却器で冷却された排燃料を供給燃料に混合させる
ための排燃料ファンと、 排燃料が混合された供給燃料を昇温させる燃料加熱器と
を備えたことを特徴とする固体電解質型燃料電池システ
ム。 - 【請求項９】 固体電解質型燃料電池から排出された排
燃料の一部を燃料電池に再循環させるシステムにおい
て、 燃料電池から排出された排燃料と排空気とを混合して燃
焼させる燃焼器と、 前記燃焼器からの排ガスの熱を回収する熱交換器と、 前記熱交換器から排出された排ガスをドライブガスとし
て燃料電池から排出された排燃料の一部を燃料電池に再
循環させるためのエゼクタとを備えたことを特徴とする
固体電解質型燃料電池システム。 - 【請求項１０】 固体電解質型燃料電池から排出された
排燃料の一部を燃料電池に再循環させるシステムにおい
て、 燃料電池から排出された排燃料と排空気とを混合して燃
焼させる燃焼器と、 前記燃焼器からの排ガスの熱を利用して水蒸気を製造す
る蒸発器と、 前記蒸発器で製造された水蒸気をドライブガスとして燃
料電池から排出された排燃料の一部を燃料電池に再循環
させるためのエゼクタとを備えたことを特徴とする固体
電解質型燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001196102A JP3913008B2 (ja) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | 固体電解質型燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001196102A JP3913008B2 (ja) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | 固体電解質型燃料電池システム |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006230728A Division JP2006318938A (ja) | 2006-08-28 | 2006-08-28 | 固体電解質型燃料電池システム |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003017103A true JP2003017103A (ja) | 2003-01-17 |
| JP3913008B2 JP3913008B2 (ja) | 2007-05-09 |
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|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP3913008B2 (ja) |
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-
2001
- 2001-06-28 JP JP2001196102A patent/JP3913008B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US11205785B2 (en) | 2017-08-14 | 2021-12-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and method for warming up fuel cell system |
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