JP2018107098A - 燃料電池システム、及び二酸化炭素分離方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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、気化器12、改質器14、第1燃料電池スタック16、第2燃料電池スタック18、分離部20、第1熱交換器30、第2熱交換器32、燃焼器40、及びタンク42を備えている。
1/2O2+2e− →O2− …(1)
H2 +O2− →H2O+2e− …(2)
CO+O2− →CO2+2e− …(3)
次に、本実施形態の第2実施形態について説明する。本実施形態では、第1実施形態と同様の部分については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
次に本発明の第3実施形態について説明する。なお、第1、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。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。なお、第1−3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。
次に、本発明の第5実施形態について説明する。なお、第1−4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。
分離部20に一端が接続された再生燃料ガス管P9は、燃焼器40に他端が接続されている。アノードオフガスG3と再生燃料ガスG4との間での熱交換は行われず、再生燃料ガスG4は、すべて燃焼器40へ供給され、燃焼に供される。
本実施形態の燃料電池システム10Eにおいても、流入部24へ流入したアノードオフガスG3に含まれる二酸化炭素について、より多く分離膜28を透過させて分離することができる。また、透過部26から、排出された透過ガスG7中の水蒸気を凝縮により分離して、二酸化炭素濃度の高い透過ガスG7を回収することができる。
次に、本発明の第6実施形態について説明する。なお、第1−5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。
12 気化器(水蒸気供給部)、 14 改質器
16、18 第1燃料電池スタック(燃料電池)
16A アノード(燃料極)、 16B カソード(空気極)
18 第2燃料電池スタック
18A アノード(燃料極)、 18B カソード(空気極)
20 分離部、 24 流入部、 26 透過部、 28 分離膜
30 第1熱交換器、 32 第2熱交換器(水蒸気分離部、熱交換器)
40 燃焼器、 42 タンク
44 スイープ用気化器(水蒸気供給部)、 B3 ブロア(昇温装置)
G2 カソードオフガス、 G3 アノードオフガス
G4 再生燃料ガス、 G7 透過ガス
P19 水循環管、 PO3 ポンプ(減圧装置)
P9−1 循環ガス管(燃料循環配管)
Claims (12)
- 燃料極へ供給される燃料ガスと空気極へ供給される酸素を含むガスにより発電し、前記燃料極からアノードオフガスが排出される燃料電池と、
前記アノードオフガスが流入される流入部と、前記アノードオフガス中の二酸化炭素を透過させて分離する分離膜により前記流入部と区画された透過部と、を有する分離部と、
スイープガスとして前記透過部へ水蒸気を供給する水蒸気供給部と、
を備えた燃料電池システム。 - 原料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器を備え、
前記水蒸気供給部は、前記改質器へ水蒸気を供給する、請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記透過部から排出されたガスに含まれた水蒸気または該水蒸気の凝縮水を前記水蒸気供給部へ戻す水循環流路を備えた、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記透過部から排出されたガスから水蒸気を分離する水蒸気分離部を備えた、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記水蒸気分離部は、透過部から排出された透過ガスと前記空気極へ供給される酸素を含むガスとの間で熱交換を行う熱交換器を含んで構成されている、ことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。
- 前記水蒸気分離部は、透過部から排出された透過ガスと前記水蒸気分離部で凝縮により分離された水との間で熱交換を行う熱交換器を含んで構成されている、ことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。
- 前記水蒸気分離部は、透過部から排出された透過ガスと前記燃料電池システム内へ供給される液相の水との間で熱交換を行う熱交換器を含んで構成されている、ことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。
- 前記分離部の上流に前記流入部へ送出する前記アノードオフガスを昇圧する昇圧装置を備えた、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記分離膜は、水蒸気存在下で二酸化炭素の透過が向上される材料で形成されている、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池は、前記分離部の前記流入部へアノードオフガスを送出する第1燃料電池と、前記流入部から送出された再生燃料ガスが前記燃料ガスとして燃料極へ供給される第2燃料電池と、を含む、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記流入部から送出された再生燃料ガスを前記燃料ガスとして燃料極へ供給する燃料循環配管を備えた、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 燃料電池の燃料極から排出されたアノードオフガスから、分離膜を透過させて二酸化炭素を分離させる際に、スイープガスとして前記分離膜の透過側へ水蒸気を供給する、二酸化炭素分離方法。
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