JP5928206B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
オフガス水素は、発電に係る燃料コスト削減のため、また、安全性を確保するために、触媒が利用されて燃焼されることが従来知られている(特許文献1参照)。燃焼により生じた熱は、水等を加熱するエネルギーとして有効利用される。
しかし、定格運転時には、オフガス水素の量が少ないにも拘らず、大量の触媒を利用することになる。このため、大量の触媒を、定格運転時の少ないオフガス水素の燃焼に使用することで、消耗してしまうことになる。特に、燃料電池がSOFC(固体酸化物形燃料電池)等の高温型の燃料電池である場合には、燃料電池から排出された高温のオフガスが触媒に直接供給されることとなるため、触媒は、より早く消耗する。
また、燃料電池側オフガス排出ラインL1及び第2触媒側オフガス排出ラインL3は、第2オフガス水素排出ラインを構成し、第2オフガス水素排出ラインは、燃料電池11と第2触媒13とを接続している。第2オフガス水素排出ラインには、定格運転時に、燃料電池11からのオフガスG1が流通する。
また、燃料電池11の定格運転時において第2連通排出ラインL5には、燃料電池側オフガス排出ラインL1及び第2触媒側オフガス排出ラインL3を流通し且つ第2触媒13を通過してきたオフガスG1と、空気供給ラインL6及び第1連通排出ラインL4を流通し且つ第1触媒12、第1熱交換器14及び第2触媒13を通過してきた空気A1とが、第2連通排出ラインL5の一端側から他端側へと流通し、第2連通排出ラインL5の他端部において排出される。
第2熱交換器15は、第2連通排出ラインL5を流通するオフガスG1からの熱を、水ラインL7に流通する水W1に伝達し、水W1を加熱する。第2熱交換器15は、後述のように、非定格運転時のオフガス水素が第2触媒13において燃焼させられることにより発生する熱を、熱交換できる程度の能力を有している。後述のように、非定格運転時において第1触媒12で燃焼させられるオフガス水素の量は、定格運転時において第2触媒13で燃焼させられるオフガス水素の量よりも多い。従って、第1熱交換器14は、それに応じた第2熱交換器15よりも高い熱交換の能力を有する。
一方、第1触媒12には、フィルタ23を通してファン22により空気供給ラインL6に供給され、空気供給ラインL6を流通してきた空気A1が供給される。
一方、第2触媒13には、フィルタ23を通してファン22により空気供給ラインL6に供給され、第1触媒12、第1連通排出ラインL4及び第1熱交換器14を流通してきた空気A1が供給される。
以上、燃料電池11の起動時及びその後の定格運転時の、燃料電池システム1の動作について説明したが、燃料電池11の起動停止時や、燃料電池11の過負荷による発電不良若しくは停電等の理由により一時的に発電できない緊急時には、大量のオフガスG1が発生し、燃料電池システム1は、前述したような燃料電池11の起動時と同様の動作を行う。
このため、非定格運転時に、大量のオフガス水素を、量の多い触媒を有する第1触媒12で燃焼させ、更に、第1触媒12を流通したオフガスG1を第2触媒13で燃焼させるため、燃料電池11において負荷変動があり、オフガスG1中のオフガス水素の量が変動して多くなった場合であっても、第2触媒13において確実に燃焼させることができる。即ち、非定格運転時の状態となることが多い場合に、燃料電池システム1において、確実にオフガス水素を燃焼して、効率のよい熱交換をすることができる。
例えば、図4に示すように、燃料電池側オフガス排出ラインL1には、オフガス水素のみが流通し、オフガス酸素は、別個独立したラインL8に流通するようにしてもよい。図4は、本実施形態に係る燃料電池システム1の第2の変形例を示す概略図である。この場合、オフガス酸素が流通するラインL8の他端は、第2連通排出ラインL5の部分であって、第2熱交換器15よりも下流側の部分に接続される。
11 燃料電池
12 第1触媒
13 第2触媒
14 第1熱交換器
15 第2熱交換器
16 制御部
L1 燃料電池側オフガス排出ライン
L2 第1触媒側オフガス排出ライン
L3 第2触媒側オフガス排出ライン
L4 第1連通排出ライン
L5 第2連通排出ライン
L7 水ライン
G1 オフガス
W1 水
Claims (5)
- 燃料電池と、
前記燃料電池から排出されたオフガス中のオフガス水素を燃焼する第1触媒と、
前記燃料電池から排出されたオフガス中のオフガス水素を燃焼する第2触媒と、
前記燃料電池と前記第1触媒とを接続し、前記燃料電池の定格運転時よりもオフガス水素の量が増加する非定格運転時に、前記燃料電池からのオフガスを前記第1触媒に流通させる第1オフガス水素排出ラインと、
前記燃料電池と前記第2触媒とを接続し、前記定格運転時に、前記燃料電池からのオフガスを前記第2触媒に流通させる第2オフガス水素排出ラインと、
前記第1触媒と前記第2触媒とを接続し、前記第1触媒を通過したオフガスを前記第2触媒に流通させる第1連通排出ラインと、
前記第1連通排出ラインの途中に接続された第1熱交換器と、
一端部が前記第2触媒に接続され、前記第2触媒を通過したオフガスが流通する第2連通排出ラインと、
前記第2連通排出ラインの途中に接続された第2熱交換器と、を備える燃料電池システム。 - 前記第2触媒の量は、前記第1触媒の量よりも少ない請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器に接続され、水が流通し、前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器に直列的に水を流通させる水ラインを更に備える請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記第1熱交換器は、前記水ラインに流通する水の流れの上流側に接続され、前記第2熱交換器は、前記第1熱交換器よりも前記水ラインに流通する水の流れの下流側に接続されている請求項3に記載の燃料電池システム。
- 前記第2熱交換器は、前記水ラインに流通する水の流れの上流側に接続され、前記第1熱交換器は、前記第2熱交換器よりも前記水ラインに流通する水の流れの下流側に接続されている請求項3に記載の燃料電池システム。
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