JP2010033906A

JP2010033906A - 燃料電池コージェネレーションシステム

Info

Publication number: JP2010033906A
Application number: JP2008195157A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kaneko; 隆之金子
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】ブロワ数を削減し、コストダウンと制御の簡素化による信頼性の向上を可能とした燃料電池コージェネレーションシステムを提供する。
【解決手段】内部に導入された燃料を水素リッチガスに改質する改質器２と、選択酸化空気を導入して水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低下させる選択酸化器６を備え、選択酸化器６によって一酸化炭素濃度を低下させた反応ガスを燃料電池１のアノード極１ａに供給するように構成した燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、選択酸化器６と燃料電池のアノード極１ａ入口とを結ぶガスライン１１にガスブロワ１０を設け、このガスブロワ１０によって、改質器２への燃料の供給と、選択酸化器６への選択酸化空気の供給を行うように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池コージェネレーションシステムに係り、特に、ブロワ等の加圧装置の設置数の削減を可能とすべく改良を施した燃料電池コージェネレーションシステムに関するものである。

家庭用燃料電池コージェネレーションシステム（以下、燃料電池コージェネレーションシステムという）は、都市ガスあるいはＬＰＧを燃料として改質器において水素リッチガスを生成し、この水素リッチガスを電池本体のアノード極に供給し、また、大気中の空気を電池本体のカソード極に供給することにより、両極における電気化学反応で電気と熱を発生するものである。

この場合、燃料である都市ガスあるいはＬＰＧは、一般的にブロワ等の加圧装置によって供給され、また空気も同様に加圧装置によって供給される。さらに、改質器において生成された水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低下させるために、加圧装置によって水素リッチガスに微量の空気を導入し、選択酸化触媒上で酸素と一酸化炭素との選択酸化反応を起こさせることによって一酸化炭素濃度を低下させている。

このような燃料電池コージェネレーションシステムについては、従来から種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、加圧装置によって燃料を供給する構成が示され、特許文献２には、加圧装置によって空気を供給する構成が示されている。また、特許文献３には、加圧装置によって選択酸化装置に空気を供給する構成が示されている。

図５は、従来の燃料電池コージェネレーションシステムの構成を示したものであって、該システムは、大別して燃料電池１と改質器２と図示しない温水器から構成されている。この改質器２には、燃料供給用ブロワ３を介して都市ガスあるいはＬＰＧ等の燃料が導入されると共に、改質器バーナ５には、バーナ空気供給用ブロワ４を介して空気が導入され、改質器２において上記燃料が水素リッチガスに改質されるように構成されている。

続いて、改質器２において得られた水素リッチガスは、その中に含まれる一酸化炭素濃度を低下させるために選択酸化器６に導入されるように構成されている。この選択酸化器６には、選択酸化空気供給用ブロワ７を介して微量の空気が導入され、選択酸化触媒上で酸素と一酸化炭素との選択酸化反応を起こさせることによって、水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低下させるように構成されている。

このようにして一酸化炭素濃度を低下させた水素リッチガスは、燃料電池１のアノード極１ａに導入され、一方、燃料電池１のカソード極１ｂには空気供給用ブロワ８を介して空気が導入され、両極における電気化学反応によって電気と熱が発生するように構成されている。また、燃料電池１のアノード極１ａから排出されたガスは、前記改質器２へ戻されるように構成されている。なお、改質器２からの排ガス及び燃料電池１のカソード極１ｂからの排ガスは、必要に応じて排熱回収を行い、系外へ排出されるように構成されている。
特開２００６−２１６２８３号公報特開２００６−２８６４３９号公報特開２００６−１２５１６号公報

しかしながら、上述したような従来の燃料電池コージェネレーションシステムにおいては、燃料極への燃料の供給、カソード極への空気の供給、改質器バーナへの空気の供給、さらに水素リッチガスへの微量空気の供給において、それぞれブロワ等の加圧装置を必要とするため、複数の加圧装置が設置されていた。その結果、構造が複雑で、高コストとなり、また機器数が多いことにより制御が複雑なものとなり、信頼性も低下するという問題点があった。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、複数のブロワの機能を単一のブロワで代替することによりブロワ数を削減し、コストダウンと制御の簡素化による信頼性の向上を可能とした燃料電池コージェネレーションシステムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、内部に導入された燃料を水素リッチガスに改質する改質器と、選択酸化空気を導入して前記水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低下させる選択酸化器を備え、前記一酸化炭素濃度を低下させた反応ガスを燃料電池のアノード極に供給するように構成した燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、前記選択酸化器と前記燃料電池のアノード極入口とを結ぶガスラインにガスブロワを設け、このガスブロワによって、前記改質器への燃料の供給と、前記選択酸化器への選択酸化空気の供給を行うように構成したことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、内部に導入された燃料を水素リッチガスに改質する改質器と、選択酸化空気を導入して前記水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低下させる選択酸化器を備え、前記一酸化炭素濃度を低下させた反応ガスを燃料電池のアノード極に供給するように構成すると共に、前記燃料電池のアノード極からの排ガスを前記改質器へ戻すように構成した燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、前記燃料電池のアノード極出口と改質器を結ぶガスラインにガスブロワを設けると共に、このガスブロワの下流側において、アノード極出口ガスの一部をアノード極入口に戻すリサイクルラインを設け、前記ガスブロワによって、前記改質器への燃料の供給と、前記選択酸化器への選択酸化空気の供給を行うように構成したことを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項１及び請求項２の発明によれば、従来用いられていた燃料供給用ブロワと選択酸化空気供給用ブロワの機能を、単一のプロセスガスブロワで代替することができるので、ブロワ数を削減することができ、低コストで信頼性の高い燃料電池コージェネレーションシステムを提供することができる。

本発明によれば、複数のブロワの機能を単一のブロワで代替することによりブロワ数を削減し、コストダウンと制御の簡素化による信頼性の向上を可能とした燃料電池コージェネレーションシステムを提供することができる。

以下、本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムの実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図５に示した従来型と同一の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。

（１）第１実施形態
（１−１）構成
本実施形態においては、図１に示すように、選択酸化器６と燃料電池１のアノード極１ａを結ぶガスライン１１に、プロセスガスブロワ１０が設置されている。なお、このプロセスガスブロワ１０は、図５に示した従来型において設置されていた改質器２へ燃料を導入するための燃料供給用ブロワ３と、選択酸化器６へ空気を導入するための選択酸化空気供給用ブロワ７の両方の機能を有している。

（１−２）作用
以上の様な構成を有する本実施形態の作用は以下の通りである。すなわち、選択酸化器６と燃料電池１のアノード極１ａを結ぶガスライン１１に設置されたプロセスガスブロワ１０によって、都市ガスあるいはＬＰＧ等の燃料は改質器２を経て選択酸化器６に導入される。また、これと同時にプロセスガスブロワ１０は、選択酸化空気入口から微量の空気を選択酸化器６に供給する。また、前記選択酸化器６を通過したプロセスガスは、プロセスガスブロワ１０によってアノード極１ａに導入され、さらにアノード極の出口から改質器バーナ５に導入される。

（１−３）効果
以上の様な構成を有する本実施形態によれば、従来用いられていた燃料供給用ブロワ３と選択酸化空気供給用ブロワ７の機能を、単一のプロセスガスブロワ１０で代替することができるので、ブロワ数を削減することができ、低コストで信頼性の高い燃料電池コージェネレーションシステムを提供することができる。

（２）第２実施形態
（２−１）構成
本実施形態においては、図２に示すように、燃料電池１のアノード極１ａと改質器バーナ５を結ぶガスライン２１にプロセスガスブロワ２０が設置されている。また、このプロセスガスブロワ２０の下流側において、前記ガスライン２１から分岐され、アノード極入口へ水素リッチガスを供給するガスライン１１に接続されたリサイクルライン２２が設けられ、アノード極出口ガスの一部をアノード極入口に戻すことができるように構成されている。

なお、本実施形態におけるプロセスガスブロワ２０も、上記第１実施形態と同様に、図５に示した従来型において設置されていた改質器２へ燃料を導入するための燃料供給用ブロワ３と、選択酸化器６へ空気を導入するための選択酸化空気供給用ブロワ７の両方の機能を有している。

（２−２）作用・効果
以上の様な構成を有する本実施形態の作用は以下の通りである。すなわち、上記第１実施形態と同様に、燃料供給用ブロワ３と選択酸化空気供給用ブロワ７の機能を、単一のプロセスガスブロワ２０で代替することができるので、ブロワ数を削減することができ、コストダウンと制御の簡素化が図れる。

また、燃料電池本体に供給される水素量が増加すると性能の向上及び寿命の改善効果が得られることは一般的に知られていることであるが、本実施形態においては、アノード極出口に設置したプロセスガスブロワ２０によって、リサイクルライン２２を介して、アノード極から排出されたガスを再度アノード極入口に戻すことにより、アノード極入口の水素量を増加させて、燃料電池の性能向上及び寿命の改善を図ることができる。

（３）第３実施形態
（３−１）構成
本実施形態においては、図３に示すように、改質器２から排出される排ガスを系外に排出するための排ガスライン３１に排ガスブロワ３０が設けられ、この排ガスブロワ３０によって原燃料、選択酸化空気及びバーナ空気を導入することができるように構成されている。

（３−２）作用・効果
以上の様な構成を有する本実施形態においては、排ガスブロワ３０によって改質器２から排出される排ガスを吸い込むことにより、燃料供給用ブロワ３、選択酸化空気供給用ブロワ７及びバーナ空気供給用ブロワ４の機能を、単一の排ガスブロワ３０で代替することができるので、ブロワ数を削減することができ、低コストで信頼性の高い燃料電池コージェネレーションシステムを提供することができる。

（４）第４実施形態
（４−１）構成
本実施形態においては、図４に示すように、改質器２からの排ガスライン３１と燃料電池のカソード極からの排ガスライン４１を合流させた下流側に、パッケージ排気ブロワ４０が設置され、このパッケージ排気ブロワ４０によって原燃料、選択酸化空気、バーナ空気及びカソード空気を導入することができるように構成されている。

（４−２）作用・効果
以上の様な構成を有する本実施例の形態の作用は以下の通りである。改質器２からの排ガスライン３１と燃料電池のカソード極からの排ガスライン４１の合流後にパッケージ排気ブロワ４０を設置し、このパッケージ排気ブロワ４０を動作させることにより、燃料ラインから燃料を、選択酸化空気ラインから選択酸化空気を、カソード入口からカソード空気を、バーナ空気ラインからバーナ空気を吸い込むことができる。

このように本実施形態によれば、燃料供給用ブロワ３、選択酸化空気供給用ブロワ７、バーナ空気供給用ブロワ４及びカソード空気供給用ブロワ８の機能を、単一のパッケージ排気ブロワ４０で代替することができるので、ブロワ数を削減することができ、低コストで信頼性の高い燃料電池コージェネレーションシステムを提供することができる。

本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムの第１実施形態の構成を示す図。本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムの第２実施形態の構成を示す図。本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムの第３実施形態の構成を示す図。本発明に係る燃料電池コージェネレーションシステムの第４実施形態の構成を示す図。従来の燃料電池コージェネレーションシステムの構成を示す図。

符号の説明

１…燃料電池
１ａ…アノード極
１ｂ…カソード極
２…改質器
３…燃料供給用ブロワ
４…バーナ空気供給用ブロワ
５…改質器バーナ
６…選択酸化器
７…選択酸化空気供給用ブロワ
８…カソード空気供給用ブロワ
１０、２０…プロセスガスブロワ
１１、２１…ガスライン
２２…リサイクルライン
３０…排ガスブロワ
３１、４１…排ガスライン
４０…パッケージ排気ブロワ

Claims

内部に導入された燃料を水素リッチガスに改質する改質器と、選択酸化空気を導入して前記水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低下させる選択酸化器を備え、前記一酸化炭素濃度を低下させた反応ガスを燃料電池のアノード極に供給するように構成した燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、
前記選択酸化器と前記燃料電池のアノード極入口とを結ぶガスラインにガスブロワを設け、このガスブロワによって、前記改質器への燃料の供給と、前記選択酸化器への選択酸化空気の供給を行うように構成したことを特徴とする燃料電池コージェネレーションシステム。
内部に導入された燃料を水素リッチガスに改質する改質器と、選択酸化空気を導入して前記水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低下させる選択酸化器を備え、前記一酸化炭素濃度を低下させた反応ガスを燃料電池のアノード極に供給するように構成すると共に、前記燃料電池のアノード極からの排ガスを前記改質器へ戻すように構成した燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、
前記燃料電池のアノード極出口と改質器を結ぶガスラインにガスブロワを設けると共に、このガスブロワの下流側において、アノード極出口ガスの一部をアノード極入口に戻すリサイクルラインを設け、
前記ガスブロワによって、前記改質器への燃料の供給と、前記選択酸化器への選択酸化空気の供給を行うように構成したことを特徴とする燃料電池コージェネレーションシステム。
内部に導入された燃料を水素リッチガスに改質する改質器と、選択酸化空気を導入して前記水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低下させる選択酸化器を備え、前記一酸化炭素濃度を低下させた反応ガスを燃料電池のアノード極に供給するように構成した燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、
前記改質器から排出される排ガスを系外に導出する排ガスラインに排気ブロワを設け、この排気ブロワによって、前記改質器への燃料の供給と、前記選択酸化器への選択酸化空気の供給と、前記改質器へのバーナ空気の供給を行うように構成したことを特徴とする燃料電池コージェネレーションシステム。
内部に導入された燃料を水素リッチガスに改質する改質器と、選択酸化空気を導入して前記水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低下させる選択酸化器を備え、前記一酸化炭素濃度を低下させた反応ガスを燃料電池のアノード極に供給するように構成した燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、
前記改質器から排出される排ガスを系外に導出する排ガスラインと、燃料電池のカソード極から排出される排ガスを系外に導出する排ガスラインとを合流させた下流側に排気ブロワを設置し、この排気ブロワによって、前記改質器への燃料の供給と、前記選択酸化器への選択酸化空気の供給と、前記改質器へのバーナ空気の供給と、前記燃料電池のカソード極へのカソード空気の供給を行うように構成したことを特徴とする燃料電池コージェネレーションシステム。