JP2003109628A - 燃料電池システム - Google Patents
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電解質の両側にアノード及びカソードを備えた
燃料電池素子を複数接続した燃料電池モジュールと、前
記燃料電池モジュールに酸化剤を供給する酸化剤流路
と、前記燃料電池モジュールに新鮮な燃料を供給する燃
料流路と、前記燃料電池モジュールから排出される未利
用燃料の一部を前記燃料流路に戻すための燃料リサイク
ル手段およびリサイクル燃料流路と、前記新鮮な燃料と
前記リサイクル燃料流路を流れるリサイクル燃料とが混
合された混合燃料を前記燃料電池モジュールに供給する
混合燃料流路とを備えた燃料電池システムであって、前
記リサイクル燃料を冷却する冷却手段を備えた燃料電池
システムを提供する。 【解決手段】 冷却手段によりリサイクル燃料の温度を
低くすることにより、リサイクル燃料量を増加させ発電
効率の向上に加え、新鮮な燃料の昇温による熱効率の向
上を可能とした。
燃料電池素子を複数接続した燃料電池モジュールと、前
記燃料電池モジュールに酸化剤を供給する酸化剤流路
と、前記燃料電池モジュールに新鮮な燃料を供給する燃
料流路と、前記燃料電池モジュールから排出される未利
用燃料の一部を前記燃料流路に戻すための燃料リサイク
ル手段およびリサイクル燃料流路と、前記新鮮な燃料と
前記リサイクル燃料流路を流れるリサイクル燃料とが混
合された混合燃料を前記燃料電池モジュールに供給する
混合燃料流路とを備えた燃料電池システムであって、前
記リサイクル燃料を冷却する冷却手段を備えた燃料電池
システムを提供する。 【解決手段】 冷却手段によりリサイクル燃料の温度を
低くすることにより、リサイクル燃料量を増加させ発電
効率の向上に加え、新鮮な燃料の昇温による熱効率の向
上を可能とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料のリサイクル機
構を有する燃料電池システムに関する。
構を有する燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、電解質の両側にアノードお
よびカソードを有し、アノードに燃料を、カソードに酸
化剤を供給することにより電気化学的に燃料と酸化剤を
反応させて電気エネルギーに変換する発電素子である。
また、複数の素子を電気的に接続した燃料電池モジュー
ルを形成することにより、発電出力の規模を大きくする
ことができる。
よびカソードを有し、アノードに燃料を、カソードに酸
化剤を供給することにより電気化学的に燃料と酸化剤を
反応させて電気エネルギーに変換する発電素子である。
また、複数の素子を電気的に接続した燃料電池モジュー
ルを形成することにより、発電出力の規模を大きくする
ことができる。
【０００３】一般的に燃料電池に供給される燃料は、そ
の供給量の全量を発電反応に利用することができず、一
部は未利用燃料として放出される。また、酸化剤も同様
であり一部が未利用酸化剤として放出される。通常この
未利用燃料は未利用酸化剤との燃焼により熱エネルギー
に変換され、各種の熱利用システムで利用される。
の供給量の全量を発電反応に利用することができず、一
部は未利用燃料として放出される。また、酸化剤も同様
であり一部が未利用酸化剤として放出される。通常この
未利用燃料は未利用酸化剤との燃焼により熱エネルギー
に変換され、各種の熱利用システムで利用される。
【０００４】これに対して図４に示す従来のシステムで
は、未利用燃料を燃料として再利用する燃料リサイクル
機構を有することにより、未利用燃料からさらに電気エ
ネルギーを取り出し、発電効率の高い燃料電池システム
としている。図４を用いて、従来の燃料リサイクル機構
を有する燃料電池システムについて説明する。
は、未利用燃料を燃料として再利用する燃料リサイクル
機構を有することにより、未利用燃料からさらに電気エ
ネルギーを取り出し、発電効率の高い燃料電池システム
としている。図４を用いて、従来の燃料リサイクル機構
を有する燃料電池システムについて説明する。
【０００５】燃料電池素子１１は円筒型の燃料電池素子
の断面を示しており、円筒の外側面にアノードを配置
し、内側面にカソードを配置し、アノードとカソードの
間に電解質が配置される形状のものである。燃料リサイ
クル手段として利用されるエゼクター２１は、工業的に
もさまざまな分野で利用されている流体の吸引などを行
うための装置である。エゼクター２１はノズルとディフ
ューザの組み合わせにより構成され、ノズルの入口に供
給される駆動流体の持つ圧力エネルギーをノズルにより
速度エネルギーに変換しノズル出口において負圧を発生
する。負圧によりノズル外側の流体が吸引され、駆動流
体と吸引流体が混合流体となりディフューザを通過する
ことにより圧力回復が行われる。すなわち、図４におい
ては、新鮮な燃料を燃料流路１を通じてエゼクター２１
の駆動側に供給し、また、未利用燃料４を燃料流路１に
戻すためのリサイクル燃料流路３をエゼクター２１の吸
引側に接続することにより、燃料電池モジュール１３か
らの未利用燃料４の一部はエゼクター２１により吸引さ
れる。その結果、吸引されたリサイクル燃料は新鮮な燃
料と混合され、混合燃料流路２を通じて燃料電池モジュ
ール１３に供給され発電に利用される。燃料電池モジュ
ール１３による発電では、供給された燃料の全量が消費
されず、未利用燃料４としてリサイクル室１４に排出さ
れ、そして未利用燃料４の一部はエゼクター２１に吸引
され、リサイクルされる。リサイクルされない残りの未
利用燃料は排燃料７として燃焼室１５に排出される。一
方、酸化剤は、酸化剤流路６を通り、酸化剤分配器１６
と酸化剤導入管１２を通じて燃料電池素子１１の内側で
あるカソードに供給され、発電反応に寄与した後、未利
用酸化剤として燃焼室１５に排出される。燃焼室におい
て未利用燃料と未利用酸化剤は燃焼し、排ガスとして排
出され、熱エネルギーとして利用される。図４による従
来の技術では、以上のような燃料リサイクル機構を有す
ることにより、未利用燃料の発電への再利用を行い、発
電効率の高い燃料電池システムを実現している。
の断面を示しており、円筒の外側面にアノードを配置
し、内側面にカソードを配置し、アノードとカソードの
間に電解質が配置される形状のものである。燃料リサイ
クル手段として利用されるエゼクター２１は、工業的に
もさまざまな分野で利用されている流体の吸引などを行
うための装置である。エゼクター２１はノズルとディフ
ューザの組み合わせにより構成され、ノズルの入口に供
給される駆動流体の持つ圧力エネルギーをノズルにより
速度エネルギーに変換しノズル出口において負圧を発生
する。負圧によりノズル外側の流体が吸引され、駆動流
体と吸引流体が混合流体となりディフューザを通過する
ことにより圧力回復が行われる。すなわち、図４におい
ては、新鮮な燃料を燃料流路１を通じてエゼクター２１
の駆動側に供給し、また、未利用燃料４を燃料流路１に
戻すためのリサイクル燃料流路３をエゼクター２１の吸
引側に接続することにより、燃料電池モジュール１３か
らの未利用燃料４の一部はエゼクター２１により吸引さ
れる。その結果、吸引されたリサイクル燃料は新鮮な燃
料と混合され、混合燃料流路２を通じて燃料電池モジュ
ール１３に供給され発電に利用される。燃料電池モジュ
ール１３による発電では、供給された燃料の全量が消費
されず、未利用燃料４としてリサイクル室１４に排出さ
れ、そして未利用燃料４の一部はエゼクター２１に吸引
され、リサイクルされる。リサイクルされない残りの未
利用燃料は排燃料７として燃焼室１５に排出される。一
方、酸化剤は、酸化剤流路６を通り、酸化剤分配器１６
と酸化剤導入管１２を通じて燃料電池素子１１の内側で
あるカソードに供給され、発電反応に寄与した後、未利
用酸化剤として燃焼室１５に排出される。燃焼室におい
て未利用燃料と未利用酸化剤は燃焼し、排ガスとして排
出され、熱エネルギーとして利用される。図４による従
来の技術では、以上のような燃料リサイクル機構を有す
ることにより、未利用燃料の発電への再利用を行い、発
電効率の高い燃料電池システムを実現している。
【０００６】また、燃料として都市ガスなどの炭化水素
を主とするガスを利用する場合、燃料に水蒸気を混合
し、触媒存在下で反応させて、燃料を水素と一酸化炭素
が主成分のガスに転換する水蒸気改質が良く用いられ
る。図４においては、未利用燃料４には燃料電池の発電
反応で生成される水蒸気が多く含まれ、混合燃料流路２
に改質器２３を設置することにより、水蒸気改質に必要
な水蒸気の供給をリサイクルにより補うことができる。
を主とするガスを利用する場合、燃料に水蒸気を混合
し、触媒存在下で反応させて、燃料を水素と一酸化炭素
が主成分のガスに転換する水蒸気改質が良く用いられ
る。図４においては、未利用燃料４には燃料電池の発電
反応で生成される水蒸気が多く含まれ、混合燃料流路２
に改質器２３を設置することにより、水蒸気改質に必要
な水蒸気の供給をリサイクルにより補うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示す従来の技術では、未利用燃料は燃料電池の発熱によ
り温度が上昇しており、リサイクル燃料の温度も高く体
積が膨張しているため、エゼクター２の吸引性能が低下
し、燃料リサイクル量を多くすることができず、発電効
率の向上に限界があった。また、燃料の水蒸気改質を行
う場合、燃料リサイクル量に限界があるため、リサイク
ル燃料に含まれる水蒸気だけでは、改質に必要な水蒸気
の全量を供給できず、水蒸気供給システム２２が必要と
なり、システムのサイズアップ、コストアップという問
題があった。本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑み、燃料のリサイクル量を増加し、発電効率の向上お
よび改質のための外部からの水蒸気供給を減少させるこ
とができる燃料電池システムを提供することを目的とす
る。
示す従来の技術では、未利用燃料は燃料電池の発熱によ
り温度が上昇しており、リサイクル燃料の温度も高く体
積が膨張しているため、エゼクター２の吸引性能が低下
し、燃料リサイクル量を多くすることができず、発電効
率の向上に限界があった。また、燃料の水蒸気改質を行
う場合、燃料リサイクル量に限界があるため、リサイク
ル燃料に含まれる水蒸気だけでは、改質に必要な水蒸気
の全量を供給できず、水蒸気供給システム２２が必要と
なり、システムのサイズアップ、コストアップという問
題があった。本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑み、燃料のリサイクル量を増加し、発電効率の向上お
よび改質のための外部からの水蒸気供給を減少させるこ
とができる燃料電池システムを提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記のような従来システ
ムの問題点を解決するために、第１の発明では、リサイ
クル機構を有する燃料電池システムにおいて、リサイク
ル燃料を冷却する冷却手段を設置した燃料電池システム
を提供する。冷却手段によりリサイクル燃料の温度を低
くすることにより、リサイクル燃料量を増加させ発電効
率の向上が可能となる。
ムの問題点を解決するために、第１の発明では、リサイ
クル機構を有する燃料電池システムにおいて、リサイク
ル燃料を冷却する冷却手段を設置した燃料電池システム
を提供する。冷却手段によりリサイクル燃料の温度を低
くすることにより、リサイクル燃料量を増加させ発電効
率の向上が可能となる。
【０００９】また、第２の発明では、リサイクル機構を
有する燃料電池システムにおいて、リサイクル燃料と新
鮮な燃料との熱交換を行う熱交換器を設置した燃料電池
システムを提供する。本システムによれば、リサイクル
燃料の冷却による発電効率の向上に加え、新鮮な燃料の
昇温による熱効率の向上が可能である。
有する燃料電池システムにおいて、リサイクル燃料と新
鮮な燃料との熱交換を行う熱交換器を設置した燃料電池
システムを提供する。本システムによれば、リサイクル
燃料の冷却による発電効率の向上に加え、新鮮な燃料の
昇温による熱効率の向上が可能である。
【００１０】また、第３の発明では、リサイクル機構を
有する燃料電池システムにおいて、リサイクル燃料と混
合燃料との熱交換を行う熱交換器を設置した燃料電池シ
ステムを提供する。本システムによれば、リサイクル燃
料の冷却による発電効率の向上に加え、混合燃料の昇温
による熱効率の向上が可能である。
有する燃料電池システムにおいて、リサイクル燃料と混
合燃料との熱交換を行う熱交換器を設置した燃料電池シ
ステムを提供する。本システムによれば、リサイクル燃
料の冷却による発電効率の向上に加え、混合燃料の昇温
による熱効率の向上が可能である。
【００１１】また、第４の発明では、リサイクル機構を
有する燃料電池システムにおいて、リサイクル燃料と酸
化剤との熱交換を行う熱交換器を設置した燃料電池シス
テムを提供する。本システムによれば、リサイクル燃料
の冷却による発電効率の向上に加え、酸化剤の昇温によ
る熱効率の向上が可能である。
有する燃料電池システムにおいて、リサイクル燃料と酸
化剤との熱交換を行う熱交換器を設置した燃料電池シス
テムを提供する。本システムによれば、リサイクル燃料
の冷却による発電効率の向上に加え、酸化剤の昇温によ
る熱効率の向上が可能である。
【００１２】また、第５の発明では、リサイクル機構を
有する燃料電池システムにおいて、リサイクル燃料の冷
却手段として、吸熱反応を伴う改質器を混合燃料流路に
設置した燃料電池システムを提供する。本システムによ
れば、改質の吸熱反応により、リサイクル燃料の冷却に
よる発電効率を向上させるとともに、改質に必要な熱量
がリサイクル燃料から供給されて熱効率を向上させるこ
とが可能である。
有する燃料電池システムにおいて、リサイクル燃料の冷
却手段として、吸熱反応を伴う改質器を混合燃料流路に
設置した燃料電池システムを提供する。本システムによ
れば、改質の吸熱反応により、リサイクル燃料の冷却に
よる発電効率を向上させるとともに、改質に必要な熱量
がリサイクル燃料から供給されて熱効率を向上させるこ
とが可能である。
【００１３】また、第６の発明では、リサイクル機構を
有する燃料電池システムにおいて、燃料電池素子が、固
体酸化物形燃料電池である燃料電池システムを提供す
る。燃料電池素子を作動温度の高い固体酸化物形燃料電
池とすることにより、未利用燃料の温度も高温となるた
め、リサイクル燃料の冷却手段を有することによるリサ
イクル燃料量の増加の効果は高くなる。
有する燃料電池システムにおいて、燃料電池素子が、固
体酸化物形燃料電池である燃料電池システムを提供す
る。燃料電池素子を作動温度の高い固体酸化物形燃料電
池とすることにより、未利用燃料の温度も高温となるた
め、リサイクル燃料の冷却手段を有することによるリサ
イクル燃料量の増加の効果は高くなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るリサイク
ル燃料の冷却手段を有する燃料電池システムの一例であ
り、冷却手段がリサイクル燃料と酸化剤との熱交換を行
う熱交換器である燃料電池システムである。図１におけ
る燃料電池システムは、一端を封止した円筒型の燃料電
池素子を用いたシステムの例であり、図中の燃料電池素
子１１はその縦断面を示している。この円筒の外側面で
あるアノード側を燃料が流れ、内側面であるカソード側
を酸化剤が流れて、アノードとカソードに挟まれた電解
質を介して燃料と酸化剤は電気化学的に反応し発電す
る。図中では燃料電池素子１１が簡略化のため単体で示
されているが、実際のシステムでは、複数の燃料電池素
子１１を電気的に接続した燃料電池モジュール１３とし
て設置される。
図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るリサイク
ル燃料の冷却手段を有する燃料電池システムの一例であ
り、冷却手段がリサイクル燃料と酸化剤との熱交換を行
う熱交換器である燃料電池システムである。図１におけ
る燃料電池システムは、一端を封止した円筒型の燃料電
池素子を用いたシステムの例であり、図中の燃料電池素
子１１はその縦断面を示している。この円筒の外側面で
あるアノード側を燃料が流れ、内側面であるカソード側
を酸化剤が流れて、アノードとカソードに挟まれた電解
質を介して燃料と酸化剤は電気化学的に反応し発電す
る。図中では燃料電池素子１１が簡略化のため単体で示
されているが、実際のシステムでは、複数の燃料電池素
子１１を電気的に接続した燃料電池モジュール１３とし
て設置される。
【００１５】酸化剤は、酸化剤流路６を通り供給され、
酸化剤分配器１６と酸化剤導入管を通じて円筒型燃料電
池素子１１の内側であるカソードに供給され、発電反応
に寄与した後、未利用酸化剤５として燃焼室１５に排出
される。一方、新鮮な燃料は燃料流路１を通じてエゼク
ター２１の駆動側に導入され、吸引側より未利用燃料４
の一部をリサイクル燃料流路３を通じて吸引し、新鮮な
燃料とリサイクル燃料が混合される。混合燃料は混合燃
料流路２の途中に配置された改質器２３に導入され改質
された後、燃料電池素子１の外側であるアノードに供給
され、発電反応に寄与した後、未利用燃料４としてリサ
イクル室１４に排出される。未利用燃料４の一部はエゼ
クター２１により吸引されリサイクル燃料流路３を通じ
て、再び新鮮な燃料と混合され発電に寄与する。リサイ
クルされない残りの未利用燃料は排燃料７として燃焼室
１５に排出され、前記未利用酸化剤５と燃焼した上で排
ガスとして排出され、熱エネルギーとして利用される。
酸化剤分配器１６と酸化剤導入管を通じて円筒型燃料電
池素子１１の内側であるカソードに供給され、発電反応
に寄与した後、未利用酸化剤５として燃焼室１５に排出
される。一方、新鮮な燃料は燃料流路１を通じてエゼク
ター２１の駆動側に導入され、吸引側より未利用燃料４
の一部をリサイクル燃料流路３を通じて吸引し、新鮮な
燃料とリサイクル燃料が混合される。混合燃料は混合燃
料流路２の途中に配置された改質器２３に導入され改質
された後、燃料電池素子１の外側であるアノードに供給
され、発電反応に寄与した後、未利用燃料４としてリサ
イクル室１４に排出される。未利用燃料４の一部はエゼ
クター２１により吸引されリサイクル燃料流路３を通じ
て、再び新鮮な燃料と混合され発電に寄与する。リサイ
クルされない残りの未利用燃料は排燃料７として燃焼室
１５に排出され、前記未利用酸化剤５と燃焼した上で排
ガスとして排出され、熱エネルギーとして利用される。
【００１６】さらに図１においては、酸化剤流路６とリ
サイクル燃料流路３の交差する位置にリサイクル燃料冷
却熱交換器２４を配置しており、発電により温度が高く
なったリサイクル燃料を酸化剤により冷却し、エゼクタ
ー２１の吸引性能の向上を実現させている。エゼクター
の吸引性能が向上することにより、燃料のリサイクル量
を増加させることができ、発電効率の向上が可能とな
る。また、未利用燃料４には、発電により生成される水
蒸気が多く含まれており、改質器２３において燃料を改
質するために水蒸気が必要となる場合、本実施例によれ
ば、外部からの水蒸気の供給を低減あるいは無くすこと
が可能となる。また、一般に酸化剤は燃料電池発電部に
供給される前に予熱されて供給されるが、本発明によれ
ば、リサイクル燃料の冷却とともに、酸化剤の予熱を兼
ねており、熱の有効利用としても効果的である。
サイクル燃料流路３の交差する位置にリサイクル燃料冷
却熱交換器２４を配置しており、発電により温度が高く
なったリサイクル燃料を酸化剤により冷却し、エゼクタ
ー２１の吸引性能の向上を実現させている。エゼクター
の吸引性能が向上することにより、燃料のリサイクル量
を増加させることができ、発電効率の向上が可能とな
る。また、未利用燃料４には、発電により生成される水
蒸気が多く含まれており、改質器２３において燃料を改
質するために水蒸気が必要となる場合、本実施例によれ
ば、外部からの水蒸気の供給を低減あるいは無くすこと
が可能となる。また、一般に酸化剤は燃料電池発電部に
供給される前に予熱されて供給されるが、本発明によれ
ば、リサイクル燃料の冷却とともに、酸化剤の予熱を兼
ねており、熱の有効利用としても効果的である。
【００１７】図１の酸化剤による冷却と同様に、新鮮な
燃料によってリサイクル燃料の冷却を行うことにより同
様の効果が得られる。
燃料によってリサイクル燃料の冷却を行うことにより同
様の効果が得られる。
【００１８】図２は、本発明に係るリサイクル燃料の冷
却手段を有する燃料電池システムの一例であり、冷却手
段がリサイクル燃料と混合燃料との熱交換を行う熱交換
器である燃料電池システムである。図２は図１とほぼ同
じ構造であるが、リサイクル燃料冷却熱交換器２４が、
リサイクル燃料流路３と混合燃料流路２とが交差する位
置に配置されており、図１と同様の効果がある。
却手段を有する燃料電池システムの一例であり、冷却手
段がリサイクル燃料と混合燃料との熱交換を行う熱交換
器である燃料電池システムである。図２は図１とほぼ同
じ構造であるが、リサイクル燃料冷却熱交換器２４が、
リサイクル燃料流路３と混合燃料流路２とが交差する位
置に配置されており、図１と同様の効果がある。
【００１９】図３は、本発明に係るリサイクル燃料の冷
却手段を有する燃料電池システムの一例であり、冷却手
段が吸熱反応を伴う改質器である燃料電池システムであ
る。図３において、改質器２３は、リサイクル燃料流路
３と混合燃料流路２の交差する位置に設置されている。
改質器２３の内部で混合燃料が流れる流路には混合燃料
を改質する触媒が設置されており、改質に伴う吸熱によ
りリサイクル燃料を冷却するものである。この場合、代
表的な吸熱を伴う改質の例としては、炭化水素の水蒸気
改質があげられるが、その他の燃料を用いて、改質が吸
熱反応である場合同様の効果が期待できる。なお、本発
明においては、前記のようなリサイクル燃料の冷却手段
を複数組み合わせることにより、冷却の効果をさらに高
めることも可能である。さらに、図１から図３の実施例
において、燃料電池素子１１は円筒型であるが、本発明
の効果は、燃料電池素子の形状に依存せず、例えば、平
板型の燃料電池素子においても同様の効果が期待でき
る。また図１から図３の実施例において、燃料リサイク
ル手段としてエゼクター２１が設置されているが、燃料
リサイクル手段がブロワーなどであり、未利用燃料を吸
引し、新鮮な燃料と混合してリサイクルする場合にも有
効であり、リサイクル燃料を冷却することにより、ブロ
ワーによるリサイクル量の増大を可能とし、ブロワーの
耐熱温度も下げることができる。また図１および図２の
実施例において、改質器２３が設置されているが、改質
器２３が無い場合においても、リサイクル量の増大によ
る発電効率の向上として、本発明は効果がある。リサイ
クル燃料の温度は、燃料電池の作動温度とほぼ同等であ
るため、本発明は特に高温で作動する燃料電池において
その効果が顕著となり、高温の燃料電池の代表例として
固体酸化物形燃料電池があげられる。
却手段を有する燃料電池システムの一例であり、冷却手
段が吸熱反応を伴う改質器である燃料電池システムであ
る。図３において、改質器２３は、リサイクル燃料流路
３と混合燃料流路２の交差する位置に設置されている。
改質器２３の内部で混合燃料が流れる流路には混合燃料
を改質する触媒が設置されており、改質に伴う吸熱によ
りリサイクル燃料を冷却するものである。この場合、代
表的な吸熱を伴う改質の例としては、炭化水素の水蒸気
改質があげられるが、その他の燃料を用いて、改質が吸
熱反応である場合同様の効果が期待できる。なお、本発
明においては、前記のようなリサイクル燃料の冷却手段
を複数組み合わせることにより、冷却の効果をさらに高
めることも可能である。さらに、図１から図３の実施例
において、燃料電池素子１１は円筒型であるが、本発明
の効果は、燃料電池素子の形状に依存せず、例えば、平
板型の燃料電池素子においても同様の効果が期待でき
る。また図１から図３の実施例において、燃料リサイク
ル手段としてエゼクター２１が設置されているが、燃料
リサイクル手段がブロワーなどであり、未利用燃料を吸
引し、新鮮な燃料と混合してリサイクルする場合にも有
効であり、リサイクル燃料を冷却することにより、ブロ
ワーによるリサイクル量の増大を可能とし、ブロワーの
耐熱温度も下げることができる。また図１および図２の
実施例において、改質器２３が設置されているが、改質
器２３が無い場合においても、リサイクル量の増大によ
る発電効率の向上として、本発明は効果がある。リサイ
クル燃料の温度は、燃料電池の作動温度とほぼ同等であ
るため、本発明は特に高温で作動する燃料電池において
その効果が顕著となり、高温の燃料電池の代表例として
固体酸化物形燃料電池があげられる。
【００２０】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の燃料電
池システムによれば、発電により消費されなかった未利
用燃料をエゼクター、ブロワーなどのリサイクル手段に
より新鮮な燃料と混合してリサイクルする場合、リサイ
クル燃料を酸化剤、燃料、混合燃料などとの熱交換によ
る冷却、あるいは、改質の吸熱による冷却を行うことに
より、リサイクル燃料量を増大させ、発電効率を向上さ
せることが可能になる。また、本発明の燃料電池システ
ムによれば、燃料の改質において水蒸気が必要な場合
も、リサイクル燃料に含まれる水蒸気を有効に活用でき
る。
池システムによれば、発電により消費されなかった未利
用燃料をエゼクター、ブロワーなどのリサイクル手段に
より新鮮な燃料と混合してリサイクルする場合、リサイ
クル燃料を酸化剤、燃料、混合燃料などとの熱交換によ
る冷却、あるいは、改質の吸熱による冷却を行うことに
より、リサイクル燃料量を増大させ、発電効率を向上さ
せることが可能になる。また、本発明の燃料電池システ
ムによれば、燃料の改質において水蒸気が必要な場合
も、リサイクル燃料に含まれる水蒸気を有効に活用でき
る。
【図１】本発明に係るリサイクル燃料の冷却手段を有す
る燃料電池システムの一例
る燃料電池システムの一例
【図２】本発明に係るリサイクル燃料の冷却手段を有す
る燃料電池システムの一例
る燃料電池システムの一例
【図３】本発明に係るリサイクル燃料の冷却手段を有す
る燃料電池システムの一例
る燃料電池システムの一例
【図４】従来の燃料リサイクル技術を有する燃料電池シ
ステムの一例
ステムの一例
１：燃料流路
２：混合燃料流路
３：リサイクル燃料流路
４：未利用燃料
５：未利用酸化剤
６：酸化剤流路
７：排燃料
１１：燃料電池素子
１２：酸化剤導入管
１３：燃料電池モジュール
１４：リサイクル室
１５：燃焼室
１６：酸化剤分配器
２１：エゼクター
２２：水蒸気供給システム
２３：改質器
２４：リサイクル燃料冷却熱交換器
─────────────────────────────────────────────────────
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(72)発明者 黒石 正宏
福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１
号 東陶機器株式会社内
(72)発明者 松岡 聡
福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１
号 東陶機器株式会社内
(72)発明者 阿部 俊哉
福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１
号 東陶機器株式会社内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB01 CV02 HH08
5H027 AA06 BA05 BA19 BC12 DD05
KK41 MM08 MM12
Claims (6)
- 【請求項１】 電解質の両側にアノード及びカソードを
備えた燃料電池素子を複数接続した燃料電池モジュール
と、 前記燃料電池モジュールに酸化剤を供給する酸化剤流路
と、 前記燃料電池モジュールに新鮮な燃料を供給する燃料流
路と、 前記燃料電池モジュールから排出される未利用燃料の一
部を前記燃料流路に戻すための燃料リサイクル手段およ
びリサイクル燃料流路と、 前記新鮮な燃料と前記リサイクル燃料流路を流れるリサ
イクル燃料とが混合された混合燃料を前記燃料電池モジ
ュールに供給する混合燃料流路とを備えた燃料電池シス
テムであって、 前記リサイクル燃料を冷却する冷却手段を備えたことを
特徴とする燃料電池システム。 - 【請求項２】 前記冷却手段が前記リサイクル燃料と前
記新鮮な燃料との熱交換を行う熱交換器であることを特
徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 - 【請求項３】 前記冷却手段が前記リサイクル燃料と前
記混合燃料との熱交換を行う熱交換器であることを特徴
とする請求項１記載の燃料電池システム。 - 【請求項４】 前記冷却手段が前記リサイクル燃料と前
記酸化剤との熱交換を行う熱交換器であることを特徴と
する請求項１記載の燃料電池システム。 - 【請求項５】 前記冷却手段が吸熱反応を伴う改質器で
あり、該改質器が前記混合燃料流路に設置したことを特
徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 - 【請求項６】前記燃料電池素子が固体酸化物形燃料電池
であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システ
ム。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001298129A JP2003109628A (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | 燃料電池システム |
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|---|---|---|---|
| JP2001298129A JP2003109628A (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | 燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003109628A true JP2003109628A (ja) | 2003-04-11 |
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ID=19119075
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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