JP6114302B2 - 燃料電池システムとその駆動方法 - Google Patents

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Description

本明細書は、燃料電池システムとその駆動方法に関する。
一般に、燃料電池は、水素と酸素を用いて水と電気を生成する。燃料電池の作動原理は、アノード（Ａｎｏｄｅ）で水素がイオン化されながら電子を発生し、その発生した電子は中間の電解質を経てカソード（Ｃａｔｈｏｄｅ）に移動する。前記電子が移動する過程で電気エネルギーが発生する。水素と空気が反応して水が生成されるこの反応は発熱反応であり、電気エネルギーに加えて、熱と水を得ることができる。
これに対し、燃料電池の燃料として用いられる水素は得られ難いため、水素化合物を改質して用いる。すなわち、燃料電池の燃料として、炭素と水素の化合物である化石燃料が用いられる。
本明細書は、燃料電池を基底負荷（Ｂａｓｅ Ｌｏａｄ）と負荷追従（Ｌｏａｄ Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ）に分けて運営することにより安定した電力を生産し、負荷追従能力を向上させ、燃料利用率とエネルギー効率を同時に高めることのできる燃料電池システムとその駆動方法を提供するところにその目的がある。
本明細書の実施形態による燃料電池システムは、燃料を用いて電力を発生する溶融炭酸塩燃料電池と、前記溶融炭酸塩燃料電池の排ガスから水性ガスに切り換える反応器と、前記水素ガスを貯留するバッファタンクと、前記バッファタンクから供給される前記貯留された水素ガスにより駆動される発電装置と、を備えていてもよい。
本明細書と関連する一例として、前記発電装置は、前記バッファタンクに貯留された水素ガスを用いて電力を発生する高分子電解質膜燃料電池であってもよく、本明細書では高分子電解質膜燃料電池を実施形態とした。
本明細書と関連する一例として、前記溶融炭酸塩燃料電池に接続され、前記排ガスの熱を回収する第１排熱回収器と、前記水性ガス切り換え反応器と、前記水性ガス切り換え反応器とバッファタンクとの間で凝縮された水を除去するドレインラインと、前記水性ガス切り換え反応器の排ガスから熱回収を行う第２排熱回収器と、前記バッファタンクと前記高分子電解質膜燃料電池との間に接続され、前記高分子電解質膜燃料電池への前記燃料の供給量を制御する燃料制御器と、前記水性ガス切り換え反応器及び前記高分子電解質膜燃料電池にそれぞれ設けられ、前記水性ガス切り換え反応器及び前記高分子電解質膜燃料電池内のガス温度を所定の温度に保つための温度調節装置をさらに備えていてもよい。
本明細書と関連する一例として、前記制御部は、グリッドに接続された系統電力の供給及び需要状態をリアルタイムにてモニターリングし、前記モニターリング結果に基づいて、前記系統電力への電力の供給量が不足すれば、前記バッファタンクと前記高分子電解質膜燃料電池との間に接続された前記燃料制御器を制御することにより前記バッファタンクから前記高分子電解質膜燃料電池への燃料の供給量を増大させ、前記モニターリング結果に基づいて、前記系統電力への電力の供給量が過剰であれば、前記バッファタンクと前記高分子電解質膜燃料電池との間に接続された前記燃料制御器を制御することにより前記バッファタンクから前記高分子電解質膜燃料電池への燃料の供給量を低減または遮断してもよい。
本明細書の実施形態による燃料電池システムは、溶融炭酸塩燃料電池と、前記溶融炭酸塩燃料電池の排ガスを選択的に供給する第１及び第２弁と、前記第１及び第２弁を制御する制御部と、前記第１弁を介して供給される前記溶融炭酸塩燃料電池の排ガスを水性ガスに切り換える反応器と、前記水素ガスにより駆動される駆動装置と、前記第２弁を介して供給される前記溶融炭酸塩燃料電池の排ガスを酸化させて熱を発生する酸化器と、を備えていてもよい。
本明細書と関連する一例として、前記酸化器により発生された熱を回収する排熱回収装置をさらに備えていてもよい。
本明細書の実施形態による燃料電池システムとその駆動方法は、燃料電池を基底負荷と負荷追従に分けて運営することにより安定した電力を生産し、負荷追従能力を向上させ、燃料利用率とエネルギー効率を同時に高めることができるという効果がある。
本発明の第１実施形態による燃料電池システムを示す構成図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池システムの高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）の駆動方法を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態による燃料電池システムの駆動方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態による燃料電池システムを示す構成図である。 本発明の第２実施形態による燃料電池システムの駆動方法を示すフローチャートである。
本明細書で用いられた技術的用語は単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであり、本発明を限定しようとする意図がないということに留意すべきである。また、本明細書で用いられる技術的用語は、本明細書で特に別の意味として定義されない限り、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により一般的に理解される意味として解釈されるべきであり、過度に包括的な意味として、あるいは、過度に縮小された意味として解釈されてはならない。さらに、本明細書で用いられる技術的用語が本発明の思想を正確に表現できない誤った技術的用語であるときには、当業者が正確に理解できる技術的用語に代替されて理解されるべきである。なお、本発明で用いられる通常の用語は辞書に定義されているところにより、または前後文脈に応じて解釈されるべきであり、過度に縮小された意味として解釈されてはならない。
また、本明細書で用いられる単数の表現は、文脈上明確に異なる意味を有さない限り、複数の表現を含む。本出願において、「備える」又は「有する」などの用語は、明細書上に記載されている種々の構成要素または種々のステップを必ず全て含むものと解釈されてはならず、これらの中でも一部の構成要素または一部のステップは含まれていなくてもよく、または、さらなる構成要素またはステップをさらに含むものと解釈されるべきである。
さらに、本明細書で用いられる第１、第２などの序数を含む用語は、様々な構成要素を説明するのに使用可能であるが、これらの構成要素はこれらの用語により限定されるものではない。これらの用語はある構成要素を他の構成要素から区別する目的でしか用いられない。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない範囲内で第１構成要素は第２構成要素と命名されてもよく、同様に、第２構成要素も第１構成要素と命名されてもよい。
以下、添付図面に基づき、本発明による好適な実施形態について詳細に説明するが、図面符号とは無関係に、同一または類似の構成要素には同じ参照番号を附してこれに付いての重複する説明は省略する。
また、本発明を説明するに当たって、関連する公知技術に関する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にする虞があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。なお、添付図面は本発明の思想を理解し易くするためのものに過ぎず、添付図面により本発明の思想が制限されるものと解釈されてはならないということに留意すべきである。
以下、高出力に有利であるといわれる溶融炭酸塩燃料電池（Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ；ＭＣＦＣ）を基底負荷として用い、負荷追従に有利であるといわれる高分子電解質膜燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ；ＰＥＭＦＣ）を用いることにより、安定した電力を生産し、負荷追従能力を向上させ、燃料利用率とエネルギー効率を同時に高めることのできる燃料電池システム及びその駆動方法を図１から図５に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システムを示す構成図である。
図１に示すように、本発明の第１実施形態による燃料電池システムは、溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１と、前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の排ガスを水性ガスに切り換える反応器（Ｗａｔｅｒ Ｇａｓ Ｓｈｉｆｔ ｒｅａｃｔｏｒ；ＷＧＳ）１３と、前記水素ガスを貯留するバッファタンク（Ｂｕｆｆｅｒ Ｔａｎｋ）１６と、前記バッファタンク１６から前記水素ガスが供給される高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８または水素ガスにより駆動される様々な発電装置を備える。
前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の排ガスは、前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１のアノードオフガス（Ａｎｏｄｅ Ｏｆｆ Ｇａｓ；ＡＯＧ）（例えば、溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）のアノード極とカソード極のうちアノード極から排出されるガス）のことをいう。
前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１のアノードオフガスは、一部の未反応燃料（Ｈ２、極微量のＮＧ）とその他のガスを含んでいてもよい。前記水性ガス切り換え反応器１３は、前記未反応燃料を高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８で再使用するように、高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８の性能を低下させるアノードオフガスに含まれている一部の「ＣＯ」をＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２反応により除去する。
本発明の第１実施形態による燃料電池システムは、バランスオブプラント（ＢＯＰ：Ｂａｌａｎｃｅ Ｏｆ Ｐｌａｎｔ）１０と、第１排熱回収器１２と、第２排熱回収器１４と、ドレインライン（Ｄｒａｉｎ Ｌｉｎｅ）１５と、燃料制御器または流量調節器１７と、温度調節装置（図示せず）と、をさらに備えていてもよい。
以下、本発明の第１実施形態による燃料電池システムの構成を図１を参照して説明する。
先ず、前記バランスオブプラント（ＢＯＰ）１０は、燃料を溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１に供給する。前記バランスオブプラント（ＢＯＰ）１０は、燃料電池１１を作動させるための周辺機器であり、燃料電池１１に燃料を供給するポンプなどが挙げられる。
前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１は、前記制御部１９の制御信号に基づき、前記燃料を用いて電力を生産する。前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１から排出されるガスは、前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の燃料利用率に応じて未反応燃料を含む。
前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１は、前記排ガスを第１排熱回収器１２に出力する。
前記第１排熱回収器１２は前記排ガスの熱を回収し、その熱の回収後に排出されたガスを水性ガス切り換え反応器１３に出力する。
前記水性ガス切り換え反応器１３は、前記熱回収後に排出されたガスを水性ガス切り換え反応により高純度の水素ガスを発生し、その発生した水素ガスをバッファタンク（Ｂｕｆｆｅｒ Ｔａｎｋ）１６に出力する。
本発明の第１実施形態による燃料電池システムは、前記水性ガス切り換え反応器１３と前記バッファタンク１６との間に接続された第２排熱回収器１４をさらに備えていてもよく、前記第２排熱回収器１４は、前記水性ガス切り換え反応器１３から排出されたガスの熱を回収して前記バッファタンク１６に出力する。
本発明の第１実施形態による燃料電池システムは、排熱回収による凝縮水を排出するためのドレインライン１５をさらに備えていてもよい。
前記バッファタンク１６は前記水素ガスを貯留し、前記制御部１９の制御信号に基づき、前記水素ガスを燃料として前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８に出力する。前記バッファタンク１６は、前記制御部１９の制御信号に基づき、前記水素ガスを燃料として前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８に出力する。
前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８は、前記制御部１９の制御信号に基づき、前記燃料を用いて電力を生産する。
本発明の第１実施形態による燃料電池システムは、前記バッファタンク１６と前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８との間に接続された燃料制御器１７をさらに備えていてもよく、前記燃料制御器１７は、前記制御部１９の制御信号に基づき、前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８への燃料の供給量を制御する。
本発明の第１実施形態による燃料電池システムは、前記水性ガス切り換え反応器１３及び前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８にそれぞれ設けられ、前記水性ガス切り換え反応器１３及び前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８内のガスの温度を所定の温度に保つための温度調節装置（図示せず）をさらに備えていてもよい。
前記制御部１９は、前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１及び前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８により発生した電力をグリッド（Grid）に供給する。
図２は、本発明の第１実施形態による燃料電池システムの高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）の駆動方法を示すフローチャートである。
先ず、前記制御部１９は、前記グリッドに接続された系統電力の需要状態をリアルタイムにてモニターリングする（Ｓ１１）。
前記制御部１９は、前記モニターリング結果に基づいて、前記系統電力への電力の供給量が不足すれば（電力の需要が溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の容量を超えると）（Ｓ１２）、前記バッファタンク１６と前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８との間に接続された燃料制御器１７を制御することにより前記バッファタンク１６から前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８への燃料の供給量を増大させる（Ｓ１３）。
これに対し、前記制御部１９は、前記系統電力への電力の供給量が過剰であれば、前記バッファタンク１６と前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８との間に接続された燃料制御器１７を制御することにより前記バッファタンク１６から前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８への燃料の供給量を低減または遮断する（Ｓ１４）。
前記制御部１９は、前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８の負荷を調整し、且つ、電力の需要に応じて負荷を制御する。
図３は、本発明の第１実施形態による燃料電池システムの駆動方法を示すフローチャートである。
先ず、前記制御部１９は、基底負荷である前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１を正常に運転する（Ｓ２１）。例えば、前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１は、前記制御部１９の制御信号に基づき、電力を前記グリッドに供給する。
前記制御部１９は、前記グリッドに接続された系統電力の需要状態をリアルタイムにてモニターリングする。
前記制御部１９は、前記モニターリング結果に基づいて、前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の発電量を超える電力の需要が発生したか否かを判断する（Ｓ２２）。
前記制御部１９は、前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の発電量を超える電力の需要が発生すれば、前記バッファタンク１６と前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８との間に接続された燃料制御器１７を制御して前記バッファタンク１６に貯留された燃料を前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８に供給することにより要求される電力を発生する（Ｓ２３）。
前記制御部１９は、前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８により発生された電力を前記グリッドに供給しながら、前記電力の需要が前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の発電以下であるか否かを判断する（Ｓ２４）。前記制御部１９は、前記電力の需要が前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の発電量を依然として超えると、前記超えた分に対応する電力を前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８により発生する。
これに対し、前記制御部１９は、前記電力の需要が前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の発電量以下であれば、前記バッファタンク１６と前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８との間に接続された燃料制御器１７を制御することにより前記バッファタンク１６から前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８への燃料の供給量を低減または遮断する（Ｓ２５）。
このため、前記制御部１９は、前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１を基底負荷として用い、前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８を電力の需要による負荷変動に用いることができる。
図４は、本発明の第２実施形態による燃料電池システムを示す構成図である。
図４に示すように、本発明の第２実施形態による燃料電池システムは、溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１と、前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の排ガス（exhaust gas）を選択的に供給する第１及び第２弁２１、２２と、前記第１及び第２弁２１、２２を制御する弁制御部２０と、前記第１弁２１を介して供給される前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の排ガスを水性ガスに切り換える反応器１３と、前記水素ガスが供給される高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８と、前記第２弁２２を介して供給される前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の排ガスを酸化させて熱を発生する酸化器または触媒燃焼器（Oxidizer）２４と、を備える。
本発明の第２実施形態による燃料電池システムは、バランスオブプラント（ＢＯＰ）１０と、第１排熱回収器１２と、第２排熱回収器１４と、ドレインライン１５と、温度調節装置（図示せず）と、第３排熱回収器２３と、第４排熱回収器２５と、をさらに備えていてもよい。
以下、本発明の第２実施形態による燃料電池システムの構成を図４を参照して説明する。
先ず、前記バランスオブプラント（ＢＯＰ）１０は、燃料を溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１に供給する。前記バランスオブプラント（ＢＯＰ）１０は、燃料電池１１を作動させるための周辺機器であり、燃料電池１１に燃料を供給するポンプなどが挙げられる。
前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１は、前記制御部１９の制御信号に基づき、前記燃料を用いて電力を生産する。前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１から排出されるガスは、前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の燃料利用率に応じて未反応燃料を含む。
前記制御部１９は、前記系統電力の需要が前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の発電量を超えると、前記第１弁２１を開放するための第１制御信号を前記弁制御部２０に出力し、前記系統電力の需要が前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の発電量以下であれば、前記第２弁２２を開放するための第２制御信号を前記弁制御部２０に出力する。
前記弁制御部２０は、前記第１制御信号に基づいて前記第１弁２１を開放し、前記第２制御信号に基づいて前記第２弁２２を開放する。
前記第１排熱回収器１２は、前記第１弁２１を介して供給される排ガスの熱を回収し、その熱回収の行われた排ガスを水性ガス切り換え反応器１３に出力する。
前記水性ガス切り換え反応器１３は、発生した水素ガスを第２排熱回収器１４に出力する。前記水性ガス切り換え反応器１３は、前記熱回収の行われた排ガスを水性ガスに切り換える反応器（ＷＧＳ）であってもよい。
前記第２排熱回収器１４は、前記水性ガス切り換え反応器１３により発生された排ガスの熱回収を行った後に排ガスを前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８に出力する。
本発明の第２実施形態による燃料電池システムは、ドレインライン１５をさらに備えていてもよい。
前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８は、前記制御部１９の制御信号に基づき、前記燃料水素ガス及び水を用いて電力を発生する。
本発明の第２実施形態による燃料電池システムは、前記水性ガス切り換え反応器１３及び前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８にそれぞれ設けられ、前記水性ガス切り換え反応器１３及び前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８内のガス温度を所定の温度に保つための温度調節装置（図示せず）をさらに備えていてもよい。
前記制御部１９は、前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１及び前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８により発生された電力をグリッドに供給する。
前記第３排熱回収器２３は、前記第２弁２２から供給される前記排ガスの熱回収を行い、その熱回収の行われた排ガスを前記酸化器２４に出力する。
前記酸化器２４は、前記熱回収の行われた排ガスを酸化させて熱を発生し、その発生した熱を第４排熱回収器２５に出力する。前記第４排熱回収器２５は、前記発生した熱を回収する熱回収器（Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）として動作してもよい。
図５は、本発明の第２実施形態による燃料電池システムの駆動方法を示すフローチャートである。
先ず、前記制御部１９は、基底負荷である前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１を正常に運転する（Ｓ３１）。
前記制御部１９は、前記モニターリング結果に基づいて、前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の発電量を超える電力の需要が発生したか否かを判断する（Ｓ３２）。
前記制御部１９は、前記系統電力の需要が前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の発電量を超えると、前記第１弁２１を開放するための第１制御信号を前記弁制御部２０に出力する。前記制御部１９は、「予め計算された要求される電力に対応する排ガスの量」に基づいて、現在前記系統電力から要求される電力に対応する排ガスが前記第１排熱回収器１２に出力されるように、前記第１弁２１を制御するための前記第１制御信号を前記弁制御部２０に出力してもよい。
前記弁制御部２０は前記第１制御信号に基づいて前記第１弁２１を開放し、前記第１弁２１は前記排ガスを第１排熱回収器１２に出力する。前記第１弁２１は、前記弁制御部２０の制御下で前記要求される電力に対応する排ガスの量を前記第１排熱回収器１２に出力してもよい（Ｓ３３）。
前記第１排熱回収器１２は前記排ガスの熱回収を行い、前記熱回収の行われた排ガスを前記水性ガス切り換え反応器１３に出力し、前記水性ガス切り換え反応器１３は前記熱回収の行われた排ガスを水性ガスに切り換える反応を行い、前記燃料を前記第２排熱回収器１４を介して前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８に出力する（Ｓ３４）。
前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８は、前記燃料（水素ガス及び水を含む）を用いて要求される電力を発生する（Ｓ３５）。
前記制御部１９は、前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８により発生された電力を前記グリッドに供給しながら、前記電力の需要が前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の発電量以下であるか否かを判断する（Ｓ３６）。前記制御部１９は、前記電力の需要が前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の発電量を依然として超えると、前記超えた分に対応する電力を前記高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）１８により発生する。
これに対し、前記制御部１９は、前記電力の需要が前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の発電量以下であれば、前記第１弁２１を介して供給される前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の排ガスの量を低減または遮断する（Ｓ３７）。
前記制御部１９は、前記系統電力の需要が前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の発電量以下であれば、前記第１弁２１の開き度を下げ、且つ、第２弁２２を開き度を上げるための第２制御信号を前記弁制御部２０に出力する。
前記弁制御部２０は、前記第２制御信号に基づいて前記第２弁２２の開き度を上げ、前記第２弁２２は前記排ガスを第３排熱回収器２３に出力する（Ｓ３８）。
前記第３排熱回収器２３は、前記第２弁２２を介して出力される排ガスの熱を回収し、前記熱回収の行われた排ガスを前記酸化器３９に出力する。
前記酸化器３９は、前記熱回収の行われた排ガスを酸化させて熱を発生し、その排ガスを前記第４排熱回収器２５に出力する（Ｓ３９）。前記酸化器３９は、前記溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）１１の排ガス内に残留した燃料を燃焼して高温のガスを排出し、これは、排熱の回収に役立つ良質の廃熱として利用可能である。
以上述べたように、本発明の実施形態による燃料電池システムとその駆動方法は、燃料電池を基底負荷と負荷追従に分けて運営することにより安定した電力を生産し、負荷追従能力を向上させ、燃料利用率とエネルギー効率を同時に高めることができる。
以上の説明は、本発明の実施形態の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明の実施形態が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の実施形態の本質的な特性から逸脱しない範囲内において種々の修正及び変形が可能である。よって、本発明の実施形態は本発明の実施形態の技術思想を限定するためのものではなく、単に説明するためのものであり、このような実施形態によって本発明の実施形態の技術思想の範囲が限定されることはない。本発明の実施形態の保護範囲は下記の請求範囲によって解釈されるべきであり、これと同様な範囲内にあるあらゆる技術思想は本発明の実施形態の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims (15)

  1. 溶融炭酸塩燃料電池と、
    前記溶融炭酸塩燃料電池の排ガスを選択的に供給する第１及び第２弁と、
    前記第１弁を介して供給される前記溶融炭酸塩燃料電池の排ガスを、二酸化炭素と水素との混合ガスに切り換える反応器と、
    前記二酸化炭素と水素との混合ガスに切り換えられた排ガスにより駆動される発電装置と、
    前記第２弁を介して供給される前記溶融炭酸塩燃料電池の排ガスを酸化させて熱を発生する酸化器と、
    を備え、
    前記反応器と前記酸化器が並列に構成されることを特徴とする、燃料電池システム。
  2. 燃料を用いて電力を発生し、未使用燃料を含むガスを排出する溶融炭酸塩燃料電池と、
    前記溶融炭酸塩燃料電池から排出されるガスを、二酸化炭素と水素との混合ガスに切り換える反応器と、
    前記二酸化炭素と水素との混合ガスに切り換えられた排ガスにより駆動される発電装置と、
    を備え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。
  3. 前記発電装置が、
    前記排ガス内の水素ガスを用いて電力を発生する高分子電解質膜燃料電池である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。
  4. 前記溶融炭酸塩燃料電池に接続され、前記溶融炭酸塩燃料電池からの排ガスの熱回収を行う第１排熱回収器と、
    水性ガス切り換え反応器の排ガスの熱を回収する第２排熱回収器と、
    を備え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。
  5. 水性ガス切り換え反応器及び／又は前記発電装置に配設され、前記水性ガス切り換え反応器及び／又は前記発電装置内のガスの温度を所定の温度に保持するための温度調節装置をさらに備える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。
  6. 前記溶融炭酸塩燃料電池と前記排ガスの燃料により駆動される発電装置の出力を制御する制御部を備える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。
  7. バッファタンクと前記発電装置との間に接続され、前記発電装置への前記燃料の供給量を制御する燃料制御器をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
  8. 前記制御部が、
    系統電力の供給及び需要状態をリアルタイムにてモニターリングし、
    前記モニターリングの結果に基づいて、前記系統電力への電力の供給量が不足すれば、前記バッファタンクと高分子電解質膜燃料電池との間に接続された前記燃料制御器を制御することにより前記バッファタンクから前記高分子電解質膜燃料電池への燃料の供給量を増大させ、
    前記モニターリングの結果に基づいて、前記系統電力への電力の供給量が過剰であれば、前記バッファタンクと前記高分子電解質膜燃料電池との間に接続された前記燃料制御器を制御することにより前記バッファタンクから前記高分子電解質膜燃料電池への燃料の供給量を低減または遮断することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
  9. 前記酸化器により発生された熱を回収する熱回収器をさらに備え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。
  10. 前記第１弁及び前記第２弁に接続された弁制御部をさらに備え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。
  11. 前記溶融炭酸塩燃料電池と前記排ガスの燃料により駆動される発電装置の出力を制御する制御部は、
    系統電力の供給及び需要状態をリアルタイムにてモニターリングし、
    前記モニターリングの結果に基づいて、前記系統電力への電力の供給量が不足すれば、前記弁制御部により前記第１弁及び前記第２弁を制御することにより高分子電解質膜燃料電池への燃料の供給量を増大させ、前記モニターリングの結果に基づいて、前記系統電力への電力の供給量が過剰であれば、前記弁制御部により前記第１弁及び前記第２弁を制御することにより前記高分子電解質膜燃料電池への燃料の供給量を低減または遮断することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
  12. 前記溶融炭酸塩燃料電池と前記排ガスの燃料により駆動される発電装置の出力を制御する制御部は、
    予め計算された要求される電力に対応する排ガスの量に基づいて、現在前記系統電力から要求される電力に対応する排ガスが出力されるように、前記第１弁を制御することを特徴とする、請求項１１に記載の燃料電池システム。
  13. 系統電力の供給及び需要状態をリアルタイムにてモニターリングするステップと、
    前記モニターリングの結果に基づいて、前記系統電力への電力の供給量が不足すれば、弁制御部により第１弁及び第２弁を制御することにより発電装置への燃料の供給量を増大させ、前記モニターリングの結果に基づいて、前記系統電力への電力の供給量が過剰であれば、前記弁制御部により前記第１弁及び前記第２弁を制御することにより前記発電装置への燃料の供給量を低減または遮断するステップと、を含み、
    前記第１弁と前記第２弁が並列に構成され、
    前記第１弁は、燃料を前記発電装置に出力し、
    前記第２弁は、燃料を前記発電装置以外に出力することを特徴とする燃料電池システムを用いた負荷の追従方法。
  14. 前記発電装置が、排ガス内の水素ガスを用いて電力を発生する高分子電解質膜燃料電池であることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池システムを用いた負荷の追従方法。
  15. 溶融炭酸塩燃料電池から前記発電装置への供給燃料が、二酸化炭素と水素との混合ガスに切り換えられた排ガスであることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池システムを用いた負荷の追従方法。
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