JP5834527B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システム100の構成を示すブロック図である。図1に示すように、該燃料電池システム100は、カソード11a及びアノード11bを備えた燃料電池11と、燃料改質器15aと該燃料改質器15aを加熱する燃焼バーナ15b、及び熱交換器15cを備えた改質装置15と、を備えている。そして、燃料改質器15aより送出される改質ガスは、燃料電池11のアノード11bに供給される。また、カソード11aの排出ガスは燃焼バーナ15bに供給される。
/{(第1循環排出燃料)+(第2循環排出燃料)} …(1)
更に、この燃料電池システム100は、改質装置15の燃料改質器15aに空気を供給する第2空気ブロワ17と、燃料改質器15aに燃料を供給する第1燃料ポンプ18と、該第1燃料ポンプ18より送出される液体燃料を蒸発させる燃料蒸発器14と、燃焼バーナ15bに空気を供給する第3空気ブロワ20と、該燃焼バーナ15bに燃料を供給する第2燃料ポンプ27と、を備えている。従って、第2空気ブロワ17より送出される空気、燃料蒸発器14で気化された燃料ガス、及び第2分岐弁26を介して送出されるアノード排気ガス(第1循環排出燃料)は、混合ガスとして燃料改質器15aに供給される。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態に係る燃料電池システムは、前述した第1実施形態と装置構成は同一であり、運転条件を算出する手法が相違する。即ち、第1実施形態では図3〜図6に示した各マップを参照して運転条件を設定したが、第2実施形態では、以下に示すように、演算式により運転条件を設定する。以下、図7,図8に示すフローチャートを参照して、第2実施形態に係る燃料電池システムの作用について詳細に説明する。
次に、上述した第1,第2実施形態の変形例について説明する。図9は、第1変形例に係る燃料電池システム101の構成を示すブロック図であり、図1に示した燃料電池システム100に対して第2分岐弁26を備えていない点で相違する。この変形例では、第1分岐弁25の出口側の配管の長さ、及び径を所望のサイズに設定することにより、第1分岐弁25より送出されるアノード排気ガスを、所望の排出燃料循環分率Rdに設定する。即ち、排出燃料循環分率Rdを変更する必要がない場合には、配管の長さ、径を初期的に設定することにより、第1循環排出燃料の流量、及び第2循環排出燃料の流量を決めることができるので、第2分岐弁26を割愛することができる。
11a カソード
11b アノード
12 第1空気ブロワ
13 空気加熱熱交換器
14 燃料蒸発器
15 改質装置
15a 燃料改質器
15b 燃焼バーナ
15c 熱交換器
16 循環ブロワ
17 第2空気ブロワ
18 第1燃料ポンプ
20 第3空気ブロワ
21 第3燃料ポンプ
22 燃料蒸発器
23 空気分岐弁
24 起動燃焼バーナ
25 第1分岐弁(第1分岐手段)
26 第2分岐弁(第2分岐手段)
27 第2燃料ポンプ
31 制御部
32 記憶部
41 排出弁(排出手段)
42 混合器
100,101,102,103 燃料電池システム
N1 水蒸気流量センサ
T1 燃焼バーナ温度センサ
T2 改質温度センサT2
T3 燃料温度センサ
T4 空気温度センサ
Rd 排出燃料循環分率
Ry 排出燃料循環率
Tab 燃焼バーナガス温度
Trf 改質温度
Claims (6)
- カソード、及びアノードを有する燃料電池と、
燃料を改質し、改質ガスを前記アノードに供給する改質手段と、
前記アノードより排出される排出燃料のうち、少なくとも一部の排出燃料を前記カソードの出口側に供給し、他の排出燃料を下流側に供給する第1分岐手段と、
前記第1分岐手段の下流側に設けられ、該第1分岐手段より下流側に送出された排出燃料のうち、一部の排出燃料を第1循環排出燃料として前記改質手段に循環させ、他の排出燃料を第2循環排出燃料として前記改質手段の出口流路に供給する第2分岐手段と、
前記カソードより排出されるガス、及び前記第1分岐手段で分岐された排出燃料が供給されて燃焼し、燃焼により発生した熱を前記改質手段に伝える燃焼手段と、
を有し、
前記第2循環排出燃料と、前記改質手段より送出される改質ガスを混合させて、前記アノードに供給し、更に、
前記第1分岐手段の開度、前記第2分岐手段の開度、及び、前記改質手段に供給する空気量を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記燃料電池の出力要求に応じて、前記改質手段に導入する燃料流量を決定し、更に、この燃料流量に基づいて、前記燃料電池の運転効率が高くなるように、前記第1分岐手段による分岐比率、及び前記第2分岐手段による分岐比率を設定し、これらの分岐比率となるように、前記第1分岐手段、及び前記第2分岐手段を制御し、且つ、前記改質手段に供給する空気量を制御すること
を特徴とする燃料電池システム。 - 前記第2循環排出燃料と、前記改質手段より送出される改質ガスを混合する混合手段を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記第1分岐手段による分岐比率、及び前記第2分岐手段による分岐比率、及び前記改質手段に導入する空気量は、予め設定したマップを参照して決定することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記第1分岐手段による分岐比率、及び前記第2分岐手段による分岐比率、及び前記改質手段に導入する空気量は、演算により決定することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記カソードから前記燃焼手段に供給されるガスの一部を外部に排出する排出手段を更に備え、前記制御手段は、前記排出手段により排出するガス流量を調整することにより、前記燃焼手段の温度を制御することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記改質手段に導入する燃料の組成を検出する組成検出手段を更に有し、
前記制御手段は、前記組成検出手段にて検出された組成に基づいて、前記改質手段に導入する空気流量、第1循環排出燃料流量、及び前記燃焼手段に新規に導入する燃料流量を制御することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
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