JP6751422B2 - Fuel cell system and fuel delivery method - Google Patents
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Description
本発明は燃料電池システム、及び燃料送出方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a fuel delivery method.
燃料電池システムにおいて、炭化水素系の原料を燃料電池システム内で改質して水素や一酸化炭素（以下これらをまとめて「燃料ガス」という）を得ることがある。水蒸気改質や二酸化炭素改質、あるいは部分酸化改質による改質により水素や一酸化炭素を生成して、これらを燃料として燃料電池セルスタックで化学反応により発電する場合、燃料電池セルスタックの燃料極からアノードオフガスが排出される。このアノードオフガスを後段の燃料電池セルスタックで再利用する多段式の燃料電池システム（特許文献１参照）では、燃料ガスを再利用することにより、発電効率を高くすることができる。 In a fuel cell system, a hydrocarbon-based raw material may be reformed in the fuel cell system to obtain hydrogen and carbon monoxide (hereinafter collectively referred to as "fuel gas"). When hydrogen or carbon monoxide is generated by reforming by steam reforming, carbon dioxide reforming, or partial oxidation reforming and these are used as fuel to generate electricity by chemical reaction in the fuel cell stack, the fuel of the fuel cell stack The anode off gas is discharged from the electrode. In the multi-stage fuel cell system (see Patent Document 1) in which the anode off gas is reused in the fuel cell cell stack in the subsequent stage (see Patent Document 1), the power generation efficiency can be increased by reusing the fuel gas.
一方、アノードオフガスには、炭化水素系燃料や一酸化炭素が含まれており、これらの熱分解等による炭素の析出が懸念される。 On the other hand, the anode off-gas contains hydrocarbon fuel and carbon monoxide, and there is a concern that carbon may be deposited by thermal decomposition of these.
本発明は上記事実を考慮して成されたものであり、燃料電池セルスタックから排出されたアノードオフガスを再利用する場合に、当該アノードオフガスにおける炭素の析出を抑制することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above facts, and an object thereof is to suppress carbon deposition in the anode offgas when the anode offgas discharged from the fuel cell stack is reused.
本発明の請求項１に係る燃料電池システムは、炭化水素系の原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質部と、前記燃料ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックのアノードから排出されたアノードオフガスから、二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を減じて再生燃料ガスを生成する燃料再生部と、前記アノードから前記燃料再生部へ前記アノードオフガスを送出するアノードオフガス路と、前記燃料再生部から前記再生燃料ガスを送出する再生燃料ガス路と、前記アノードオフガス路と前記再生燃料ガス路との間で熱交換が行われる熱交換部と、前記再生燃料ガス路の前記熱交換部よりも上流側に設けられ、前記再生燃料ガス路を分岐させる分岐部が形成された低温枝部と、を備え、前記熱交換部では、前記分岐部で分岐された各々の前記再生燃料ガス路と前記アノードオフガス路との間で熱交換が行われる。 The fuel cell system according to claim 1 of the present invention is a fuel for generating electricity by reacting the fuel gas and air with a reforming section that reforms a hydrocarbon-based source gas to generate a fuel gas containing hydrogen. A battery cell stack, a fuel regenerating unit that reduces regenerated fuel gas by reducing at least one of carbon dioxide and water vapor from the anode off gas discharged from the anode of the fuel cell stack, and the fuel regenerating unit from the anode to the fuel regenerating unit. An anode off-gas passage for delivering the anode off-gas, a regeneration fuel gas passage for delivering the regenerated fuel gas from the fuel regeneration portion, and a heat exchange portion for exchanging heat between the anode off-gas passage and the regeneration fuel gas passage. When the reproduction than the heat exchange portion of the fuel gas passage provided upstream, and a cold branch of the branch portion is formed to branch the regeneration fuel gas passage, in the heat exchange unit, the branch Heat is exchanged between each of the regenerated fuel gas passages branched in the section and the anode off-gas passage .
請求項１に係る燃料電池システムでは、熱交換部でアノードオフガス路と再生燃料ガス路との間で熱交換が行われる。アノードオフガス路を流れるガスは、熱交換部で冷却される。また、再生燃料ガス路を流れるガスは、熱交換部で加熱される。再生燃料ガス路には、低温枝部が形成されている。低温枝部は、再生燃料ガス路を分岐させる分岐部が形成されたものである。この低温枝部を形成する分岐部では、ガスの流れに変化が生じるため、炭素の析出が生じやすい。また、炭素の析出は、温度に依存し、燃料電池セルスタックの作動温度に近い高温で生じやすい。そこで、本発明では、再生燃料ガス路における熱交換部の上流側に低温枝部を形成している。これにより、再生燃料ガス路を流れるガスについて、加熱される前の比較的炭素の析出が生じ難い温度で分岐させ、分岐部での炭素の析出を抑制することができる。すなわち、炭素の析出が生じやすいアノードオフガスの温度条件と流れの変化の両方が揃わないようにして、炭素の析出を抑制することができる。 In the fuel cell system according to the first aspect, heat is exchanged between the anode off-gas passage and the regenerated fuel gas passage in the heat exchange section. The gas flowing through the anode off-gas passage is cooled in the heat exchange section. The gas flowing through the regenerated fuel gas passage is heated in the heat exchange section. A low temperature branch is formed in the regenerated fuel gas passage. The low temperature branch portion is formed with a branch portion that branches the regenerated fuel gas passage. In the bifurcation to form the cold branch, to produce a change in the flow of gas, prone to carbon deposition. Further, the deposition of carbon depends on the temperature and tends to occur at a high temperature close to the operating temperature of the fuel cell stack. Therefore, in the present invention, the low temperature branch portion is formed on the upstream side of the heat exchange portion in the regenerated fuel gas passage. Thus, the gas flowing through the regeneration fuel gas passage, a relatively carbon in deposition is hardly temperature branch which occur before being heated, it is possible to suppress the deposition of carbon at the branch portion. That is, it is possible to prevent both the temperature condition and the change of the flow of the anode off-gas, which are likely to cause carbon precipitation, from being uniform, and to suppress the carbon precipitation.
本発明の請求項２に係る燃料電池システムは、前記再生燃料ガスと空気とを反応させて発電するガス流路が並列接続された複数の第２燃料電池セルスタックを有し、前記低温枝部は、前記複数の第２燃料電池セルスタックの各々の第２アノードへ前記再生燃料ガスを供給するように前記再生燃料ガス路を分岐する多段分岐部を含んで構成されている。 The fuel cell system according to claim 2 of the present invention has a plurality of second fuel cell stacks in which gas flow paths for reacting the regenerated fuel gas and air to generate electricity are connected in parallel, and the low temperature branch portion is provided. Is configured to include a multi-stage branch portion that branches the regenerated fuel gas passage so as to supply the regenerated fuel gas to the second anode of each of the plurality of second fuel cell stacks.
請求項２に係る燃料電池システムは、再生燃料ガスと空気とを反応させて発電する複数の第２燃料電池セルスタックを有する、所謂多段式の燃料電池システムである。複数の第２燃料電池セルスタックは、並列接続されている。ガス供給の流路を並列接続することにより、圧力損失を抑制することができる。この燃料電池システムにおいて、再生燃料ガス路の多段分岐部を熱交換部の第２燃料電池セルスタックの第２アノードから遠い低温側に配置することにより、再生燃料ガス路における炭素の析出を抑制することができる。 The fuel cell system according to claim 2 is a so-called multi-stage fuel cell system having a plurality of second fuel cell stacks that generate electricity by reacting regenerated fuel gas with air. The plurality of second fuel cell stacks are connected in parallel. The pressure loss can be suppressed by connecting the gas supply channels in parallel. In this fuel cell system, by arranging the multi-stage branch portion of the regenerated fuel gas passage on the low temperature side far from the second anode of the second fuel cell stack of the heat exchange portion, carbon deposition in the regenerated fuel gas passage is suppressed. be able to.
本発明の請求項３に係る燃料電池システムは、前記多段分岐部よりも下流側且つ前記熱交換部よりも上流側の分岐された前記再生燃料ガス路の少なくとも一方には、前記再生燃料ガスの流量を制御する流量調整部が設けられている。 In the fuel cell system according to claim 3 of the present invention, the regenerated fuel gas is provided in at least one of the branched regenerated fuel gas passages downstream of the multi-stage branch portion and upstream of the heat exchange portion. A flow rate adjusting unit that controls the flow rate is provided.
請求項３に係る燃料電池システムによれば、流量調整部により、分岐された再生燃料ガス路の各々における再生燃料ガスの流量分配を制御することができる。 According to the fuel cell system of the third aspect, the flow rate adjusting unit can control the flow rate distribution of the regenerated fuel gas in each of the branched regenerated fuel gas passages.
本発明の請求項４に係る燃料電池システムは、前記低温枝部が、前記アノードオフガス路から分岐されて前記再生燃料ガス路の前記熱交換部よりも上流側に合流されたバイパス路の合流部を含んで構成されている。 In the fuel cell system according to claim 4 of the present invention, the low temperature branch portion branches from the anode off-gas passage and joins the bypass passage joined upstream of the heat exchange portion of the regenerated fuel gas passage. It is configured to include.
請求項４に係る燃料電池システムでは、アノードオフガス路から分岐されたバイパス路が再生燃料ガス路の熱交換部よりも上流側に合流された合流部が低温枝部として形成されている。このように、再生燃料ガス路の合流部を熱交換部の第２燃料電池セルスタックから遠い低温側に配置することにより、再生燃料ガス路における炭素の析出を抑制することができる。 In the fuel cell system according to the fourth aspect, the merging portion where the bypass passage branched from the anode off-gas passage is joined to the upstream side of the heat exchange portion of the regenerated fuel gas passage is formed as a low temperature branch portion. As described above, by arranging the confluence portion of the regenerated fuel gas passage on the low temperature side far from the second fuel cell stack of the heat exchange portion, it is possible to suppress carbon deposition in the regenerated fuel gas passage.
本発明の請求項５に係る燃料電池システムは、前記バイパス路は、前記アノードオフガス路の前記熱交換部よりも下流側で分岐されている。 In the fuel cell system according to claim 5 of the present invention, the bypass passage is branched downstream of the heat exchange section of the anode off-gas passage.
請求項５に係る燃料電池システムでは、アノードオフガス路において熱交換部の低温側である下流側で分岐されているので、アノードオフガス路における炭素の析出を抑制することができる。 In the fuel cell system according to the fifth aspect, since the anode off-gas passage is branched on the downstream side which is the low temperature side of the heat exchange section, it is possible to suppress carbon deposition in the anode off-gas passage.
本発明の請求項６に係る燃料電池システムは、前記アノードオフガス路には、前記熱交換部よりも下流側に前記アノードオフガスを冷却するラジエータが設けられ、前記バイパス路は、前記ラジエータより上流側で前記アノードオフガス路から分岐する。 In the fuel cell system according to claim 6 of the present invention, a radiator that cools the anode offgas is provided in the anode offgas passage downstream of the heat exchange unit, and the bypass passage is provided upstream of the radiator. Is branched from the anode off gas passage.
請求項６に係る燃料電池システムでは、バイパス路は、ラジエータより上流側でアノードオフガス路から分岐するので、バイパス時にアノードオフガスの温度を必要以上に低下させずに、第２燃料電池セルスタックへ供給することができる。これにより、システム内における熱ロスが少なくなり、昇温のために投入する燃料ガスを少なくすることができ、発電効率を高くすることができる。 In the fuel cell system according to claim 6, since the bypass passage branches from the anode off-gas passage on the upstream side of the radiator, the temperature of the anode off-gas is supplied to the second fuel cell stack without being lowered more than necessary during bypass. can do. As a result, heat loss in the system is reduced, the amount of fuel gas input for raising the temperature can be reduced, and power generation efficiency can be increased.
請求項７に係る燃料送出方法は、炭化水素及び水素を含む燃料ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックのアノードから排出されたアノードオフガスを燃料再生部へ供給して二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を減じて再生燃料ガスを生成し、前記再生燃料ガスを複数路に分岐させ、前記複数路に分岐した前記再生燃料ガスと前記燃料再生部へ供給される前の前記アノードオフガスとの間で熱交換を行い、前記再生燃料ガスを発電に供する。 In the fuel delivery method according to claim 7, the anode off gas discharged from the anode of the fuel cell stack for generating electric power by reacting fuel gas containing hydrocarbon and hydrogen with air is supplied to the fuel regenerating unit to generate carbon dioxide and Regenerating fuel gas is generated by reducing at least one of water vapor, the regenerating fuel gas is branched into a plurality of paths, and the regenerating fuel gas branched into the plurality of paths and the anode off-gas before being supplied to the fuel regenerating section Heat is exchanged between the two and the regenerated fuel gas is used for power generation.
請求項７に係る燃料送出方法によれば、アノードオフガスとの熱交換により加熱される前の比較的炭素の析出が生じ難い温度で再生燃料ガスを複数路に分岐する。したがって、ガスの流れに変化が生じるために炭素の析出が生じやすい分岐部分における炭素の析出を抑制することができる。 According to the fuel delivery method of the seventh aspect, the regenerated fuel gas is branched into a plurality of paths at a temperature at which carbon does not easily deposit before being heated by heat exchange with the anode off-gas. Therefore, it is possible to suppress the deposition of carbon in the branched portion where carbon deposition is likely to occur due to the change in the gas flow.
本発明に係る燃料電池システム、及び燃料送出方法によれば、燃料電池セルスタックから排出されたアノードオフガスを再利用する場合に、当該アノードオフガスにおける炭素の析出を抑制することができる。 According to the fuel cell system and the fuel delivery method of the present invention, when the anode off-gas discharged from the fuel cell stack is reused, it is possible to suppress carbon deposition in the anode off-gas.
［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について詳細に説明する。図１には、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０Ａの主要構成の概略が示されている。本発明の実施形態に係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燃料電池セルスタック１６、第２−１燃料電池セルスタック１８、第２−２燃料電池セルスタック１９、燃焼部２０、燃料再生部２２、原料供給ブロワ２４、水供給ポンプ２６、空気ブロワ２８、熱交換部３０を備えている。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of the main configuration of a fuel cell system 10A according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 10A according to the embodiment of the present invention has a vaporizer 12, a reformer 14, a first fuel cell stack 16, a 2-1 fuel cell stack 18, and a 2-2 fuel as main components. The battery cell stack 19, the combustion unit 20, the fuel regeneration unit 22, the raw material supply blower 24, the water supply pump 26, the air blower 28, and the heat exchange unit 30 are provided.
気化器１２には、原料ガス管Ｐ１の一端が接続されており、原料ガス管Ｐ１の他端は図示しないガス源に接続されている。ガス源からは、原料供給ブロワ２４によりメタンが気化器１２へ送出される。また、気化器１２には、水供給管Ｐ２が接続されており、水供給ポンプ２６により、水（液相）が気化器１２へ送出される。気化器１２では、水が気化される。気化には、後述する燃焼部２０からの燃焼排ガスの熱が用いられる。 One end of the raw material gas pipe P1 is connected to the vaporizer 12, and the other end of the raw material gas pipe P1 is connected to a gas source (not shown). Methane is delivered from the gas source to the vaporizer 12 by the raw material supply blower 24. A water supply pipe P2 is connected to the vaporizer 12, and water (liquid phase) is delivered to the vaporizer 12 by the water supply pump 26. In the vaporizer 12, water is vaporized. The heat of the combustion exhaust gas from the combustion unit 20 described later is used for the vaporization.
なお、本実施形態では、原料ガスとしてメタンを用いるが、改質が可能なガスであれば特に限定されず、炭化水素燃料を用いることができる。炭化水素燃料としては、天然ガス、ＬＰガス（液化石油ガス）、石炭改質ガス、バイオガス、低級炭化水素ガスなどが例示される。低級炭化水素ガスとしては、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン等の炭素数４以下の低級炭化水素が挙げられ、本実施形態で用いるメタンが好ましい。なお、炭化水素燃料としては、上述した低級炭化水素ガスを混合したものであってもよく、上述した低級炭化水素ガスは天然ガス、都市ガス、ＬＰガス等のガスであってもよい。原料ガスに不純物が含まれる場合、脱硫器等が必要になるが、図では省略されている。 In the present embodiment, methane is used as the raw material gas, but it is not particularly limited as long as it can be reformed, and a hydrocarbon fuel can be used. Examples of the hydrocarbon fuel include natural gas, LP gas (liquefied petroleum gas), coal reformed gas, biogas, and lower hydrocarbon gas. Examples of the lower hydrocarbon gas include lower hydrocarbons having 4 or less carbon atoms such as methane, ethane, ethylene, propane and butane, and methane used in the present embodiment is preferable. It should be noted that the hydrocarbon fuel may be a mixture of the above-mentioned lower hydrocarbon gas, and the above-mentioned lower hydrocarbon gas may be a gas such as natural gas, city gas, or LP gas. When the raw material gas contains impurities, a desulfurizer or the like is required, but it is omitted in the figure.
メタン及び水蒸気は、気化器１２から配管Ｐ３を介して改質器１４へ送出される。改質器１４は、燃焼部２０と隣接されており、燃焼部２０との間で熱交換を行うことで加熱される。 Methane and steam are delivered from the vaporizer 12 to the reformer 14 via the pipe P3. The reformer 14 is adjacent to the combustion unit 20 and is heated by exchanging heat with the combustion unit 20.
改質器１４は、第１燃料電池セルスタック１６の第１アノード１６Ａと接続されている。改質器１４では、メタンを改質し、水素や一酸化炭素を含む燃料ガスが生成される。改質器１４で生成された燃料ガスは、燃料ガス管Ｐ４を介して第１燃料電池セルスタック１６の第１アノード１６Ａに供給される。 The reformer 14 is connected to the first anode 16A of the first fuel cell stack 16. In the reformer 14, methane is reformed to generate a fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide. The fuel gas generated in the reformer 14 is supplied to the first anode 16A of the first fuel cell stack 16 via the fuel gas pipe P4.
第１燃料電池セルスタック１６は固体酸化物形の燃料電池セルスタックであり、積層された複数の燃料電池セルを有している。本実施形態では、作動温度が６００℃〜７５０℃程度とされている。個々の燃料電池セルは、電解質層と、当該電解質層の表裏面にそれぞれ積層された第１アノード１６Ａ、及び第１カソード１６Ｂと、を有している。 The first fuel cell stack 16 is a solid oxide fuel cell stack, and has a plurality of stacked fuel cells. In this embodiment, the operating temperature is about 600°C to 750°C. Each fuel cell has an electrolyte layer, and a first anode 16A and a first cathode 16B, which are laminated on the front and back surfaces of the electrolyte layer, respectively.
なお、後述する第２−１燃料電池セルスタック１８、第２−２燃料電池セルスタック１９についての基本構成は、第１燃料電池セルスタック１６と同様であり、第１アノード１６Ａに対応する第２−１アノード１８Ａ、第２−２アノード１９Ａ、及び第１カソード１６Ｂに対応する第２−１カソード１８Ｂ、第２−２カソード１９Ｂを有している。 The basic configurations of a 2-1 fuel cell stack 18 and a 2-2 fuel cell stack 19 which will be described later are the same as those of the first fuel cell stack 16 and correspond to the first anode 16A. The -1 anode 18A, the 2-2 anode 19A, and the 2-1 cathode 18B and the 2-2 cathode 19B corresponding to the 1st cathode 16B are included.
第１燃料電池セルスタック１６の第１カソード１６Ｂには、空気管Ｐ５の一端が接続されており、空気管Ｐ５の他端に接続された空気ブロワ２８により空気が供給される。第１カソード１６Ｂでは、下記（１）式に示すように、空気中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。生成された酸素イオンは電解質層を通って第１燃料電池セルスタック１６の第１アノード１６Ａに到達する。 One end of an air pipe P5 is connected to the first cathode 16B of the first fuel cell stack 16, and air is supplied by an air blower 28 connected to the other end of the air pipe P5. At the first cathode 16B, oxygen ions in the air react with electrons to generate oxygen ions, as shown in the following formula (1). The generated oxygen ions reach the first anode 16A of the first fuel cell stack 16 through the electrolyte layer.
（空気極反応）
１／２Ｏ２＋２ｅ− →Ｏ２− …（１）
(Air electrode reaction)
1/2O 2 +2e − →O 2 − (1)
また、第１カソード１６Ｂには、カソードオフガスを排出するカソードオフガス管Ｐ６の一端が接続されている。カソードオフガス管Ｐ６は、第１カソードオフガス管Ｐ６−１と第２カソードオフガス管Ｐ６−２に分岐されている。第１カソードオフガス管Ｐ６−１は、第１カソード１６Ｂから排出されるカソードオフガスを第２−１燃料電池セルスタック１８の第２−１カソード１８Ｂへ案内する。第２カソードオフガス管Ｐ６−２は、第１カソード１６Ｂから排出されるカソードオフガスを第２−２燃料電池セルスタック１９の第２−２カソード１９Ｂへ案内する。
なお、本実施形態では、第１カソード１６Ｂから排出されるカソードオフガスを第２−１カソード１８Ｂ、第２−２カソード１９Ｂへ案内したが、空気管Ｐ５から直接、第１カソード１６Ｂ、第２−１カソード１８Ｂ、第２−２カソード１９Ｂへ空気が供給される構成としてもよい。
Further, one end of a cathode offgas pipe P6 for discharging the cathode offgas is connected to the first cathode 16B. The cathode offgas pipe P6 is branched into a first cathode offgas pipe P6-1 and a second cathode offgas pipe P6-2. The first cathode offgas pipe P6-1 guides the cathode offgas discharged from the first cathode 16B to the 2-1 cathode 18B of the 2-1st fuel cell stack 18. The second cathode offgas pipe P6-2 guides the cathode offgas discharged from the first cathode 16B to the 2-2 cathode 19B of the 2-2 fuel cell stack 19.
In the present embodiment, the cathode offgas discharged from the first cathode 16B is guided to the 2-1 cathode 18B and the 2-2 cathode 19B, but the first cathode 16B and the 2nd cathode are directly supplied from the air pipe P5. Air may be supplied to the first cathode 18B and the second-2 cathode 19B.
一方、第１燃料電池セルスタック１６の第１アノード１６Ａでは、下記（２）式及び（３）式に示すように、電解質層を通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水(水蒸気)及び二酸化炭素と電子が生成される。第１アノード１６Ａで生成された電子が第１アノード１６Ａから外部回路を通って第１カソード１６Ｂに移動することで、各燃料電池セルにおいて発電される。また、各燃料電池セルは、発電時に発熱する。 On the other hand, in the first anode 16A of the first fuel cell stack 16, oxygen ions that have passed through the electrolyte layer are converted into hydrogen and carbon monoxide in the fuel gas as shown in the following formulas (2) and (3). The reaction produces water (steam), carbon dioxide, and electrons. Electrons generated in the first anode 16A move from the first anode 16A to the first cathode 16B through an external circuit, whereby power is generated in each fuel cell. Further, each fuel battery cell generates heat during power generation.
（燃料極反応）
Ｈ２ ＋Ｏ２− →Ｈ２Ｏ＋２ｅ− …(２)
ＣＯ＋Ｏ２− →ＣＯ２＋２ｅ− …(３)
(Fuel electrode reaction)
H 2 +O 2 − →H 2 O+2e − (2)
CO + O 2- → CO 2 + 2e - ... (3)
第１燃料電池セルスタック１６の第１アノード１６Ａにはアノードオフガス管Ｐ７の一端が接続されており、アノードオフガス管Ｐ７には、第１アノード１６Ａからアノードオフガスが排出される。アノードオフガスには、未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気等が含まれている。 One end of an anode offgas pipe P7 is connected to the first anode 16A of the first fuel cell stack 16, and the anode offgas is discharged from the first anode 16A to the anode offgas pipe P7. The anode off-gas contains unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor and the like.
なお、本発明の燃料電池としては、固体酸化物形の燃料電池(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)に限られるものではなく、他の燃料電池、例えば溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)であってもよい。第２実施形態でも同様である。 The fuel cell of the present invention is not limited to a solid oxide fuel cell (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell), but may be another fuel cell such as a molten carbonate fuel cell (MCFC). Good. The same applies to the second embodiment.
アノードオフガス管Ｐ７の他端は、熱交換部３０を経て燃料再生部２２と接続されている。アノードオフガス管Ｐ７の熱交換部３０よりも下流側には、ラジエータ３２が設けられている。ラジエータ３２により、アノードオフガスの冷却調整が可能とされている。 The other end of the anode offgas pipe P7 is connected to the fuel regeneration unit 22 via the heat exchange unit 30. A radiator 32 is provided downstream of the heat exchange section 30 of the anode offgas pipe P7. The radiator 32 enables cooling adjustment of the anode off gas.
燃料再生部２２は、アノードオフガスから二酸化炭素及び水の少なくとも一方を除去する機能を有しており、凝縮器や分離膜等を用いて構成することができる。本実施形態では、凝縮器を用いる。 The fuel regeneration unit 22 has a function of removing at least one of carbon dioxide and water from the anode off gas, and can be configured using a condenser, a separation membrane, or the like. In this embodiment, a condenser is used.
燃料再生部２２の出口側には、再生燃料ガス管Ｐ９の一端が接続されている。再生燃料ガス管Ｐ９は、熱交換部３０よりも上流側で、第１再生燃料ガス管Ｐ９−１と第２再生燃料ガス管Ｐ９−２に分岐されている。以下、当該分岐部分を「多段分岐部３４」と称する。多段分岐部３４では、分配管等で分岐を構成することができる。第１再生燃料ガス管Ｐ９−１は、熱交換部３０を経て、第２−１燃料電池セルスタック１８の第２−１アノード１８Ａと接続されている。第２再生燃料ガス管Ｐ９−２は、熱交換部３０を経て、第２−２燃料電池セルスタック１９の第２−２アノード１９Ａと接続されている。二酸化炭素及び水の少なくとも一方が除去されたアノードオフガスは、再生燃料ガスとなって、第２−１燃料電池セルスタック１８の第２−１アノード１８Ａ、第２−２燃料電池セルスタック１９の第２−２アノード１９Ａに供給される。
なお、第１実施形態では、後段の第２燃料電池セルスタックを２個としているが、３個以上であってもよい。
One end of a regenerated fuel gas pipe P9 is connected to the outlet side of the fuel regenerator 22. The regenerated fuel gas pipe P9 is branched upstream of the heat exchange unit 30 into a first regenerated fuel gas pipe P9-1 and a second regenerated fuel gas pipe P9-2. Hereinafter, the branch portion will be referred to as "multi-stage branch portion 34". In the multi-stage branch section 34, a branch can be configured by a distribution pipe or the like. The first regenerated fuel gas pipe P9-1 is connected to the 2-1st anode 18A of the 2-1st fuel cell stack 18 via the heat exchange unit 30. The second regenerated fuel gas pipe P9-2 is connected to the 2-2nd anode 19A of the 2nd-2nd fuel cell stack 19 via the heat exchange unit 30. The anode off-gas from which at least one of carbon dioxide and water has been removed becomes regenerated fuel gas and becomes the 2-1st anode 18A of the 2-1st fuel cell stack 18, and the 2nd fuel cell stack 19th of the 2-2nd fuel cell stack 19. 2-2 is supplied to the anode 19A.
In the first embodiment, the number of the second fuel cell stacks in the subsequent stage is two, but the number may be three or more.
熱交換部３０では、アノードオフガスと第１再生燃料ガス管Ｐ９−１、第２再生燃料ガス管Ｐ９−２の各々を流れる再生燃料ガスとの間で熱交換が行われる。ここでは、アノードオフガスが冷却され、再生燃料ガスが加熱される。 In the heat exchange unit 30, heat exchange is performed between the anode off gas and the regenerated fuel gas flowing through each of the first regenerated fuel gas pipe P9-1 and the second regenerated fuel gas pipe P9-2. Here, the anode off gas is cooled and the regenerated fuel gas is heated.
第２−１燃料電池セルスタック１８の第２−１アノード１８Ａ及び第２−１カソード１８Ｂ、及び、第２−２燃料電池セルスタック１９の第２−２アノード１９Ａ及び第２−２カソード１９Ｂでは、第１燃料電池セルスタック１６と同様の反応により発電が行われる。第２−１アノード１８Ａ、第２−１カソード１８Ｂ、第２−２アノード１９Ａ、第２−２カソード１９Ｂから排出された使用済のガスは、アノードオフ燃焼導入管Ｐ１１−１、カソードオフ燃焼導入管Ｐ１２−１、アノードオフ燃焼導入管Ｐ１１−２、カソードオフ燃焼導入管Ｐ１２−２により燃焼部２０へ送出され、燃焼部２０で焼却に供される。本実施形態の燃料電池システム１０Ａは、第１燃料電池セルスタック１６で使用された燃料であるアノードオフガスが再生されて、燃料ガスとして第２−１燃料電池セルスタック１８、第２−２燃料電池セルスタック１９で再利用される多段式の燃料電池システムとなっている。 In the 2-1 anode 18A and the 2-1 cathode 18B of the 2-1 fuel cell stack 18, and the 2-2 anode 19A and the 2-2 cathode 19B of the 2-2 fuel cell stack 19, respectively. Power generation is performed by a reaction similar to that of the first fuel cell stack 16. The used gas discharged from the 2-1st anode 18A, the 2-1st cathode 18B, the 2nd-2nd anode 19A, the 2nd-2nd cathode 19B is used as the anode-off combustion introduction pipe P11-1 and the cathode-off combustion introduction. The pipe P12-1, the anode-off combustion introducing pipe P11-2, and the cathode-off combustion introducing pipe P12-2 are sent to the combustion unit 20 and used for incineration in the combustion unit 20. In the fuel cell system 10A of the present embodiment, the anode off gas that is the fuel used in the first fuel cell stack 16 is regenerated, and the 2-1st fuel cell stack 18 and the 2-2nd fuel cell are used as the fuel gas. The multi-stage fuel cell system is reused in the cell stack 19.
燃焼部２０からは、燃焼排ガスが送出される。燃焼排ガスは、燃焼排ガス管Ｐ１０内を流通し、気化器１２での熱交換を経て排出される。 Combustion exhaust gas is sent from the combustion unit 20. The combustion exhaust gas flows through the combustion exhaust gas pipe P10 and is discharged through heat exchange in the vaporizer 12.
燃料電池システム１０Ａは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリ等を含んで構成された制御部（不図示）によって全体が制御されており、制御部のメモリには、ラジエータ３２の制御や、通常運転時の処理に必要なデータや手順等が記憶されている。 The fuel cell system 10A is entirely controlled by a control unit (not shown) including a CPU, a ROM, a RAM, a memory and the like, and the memory of the control unit controls the radiator 32 and during normal operation. The data, procedures, etc. necessary for the processing of are stored.
次に、本実施形態の燃料電池システム１０Ａの動作について説明する。 Next, the operation of the fuel cell system 10A of this embodiment will be described.
空気ブロワ２８からは、所定の空気吐出量で空気が送出され、第１カソード１６Ｂへ供給され、発電に供される。第１カソード１６Ｂからは、カソードオフガスがカソードオフガス管Ｐ６へ排出され、第１カソードオフガス管Ｐ６−１を経て第２−１カソード１８Ｂへ送出されると共に、第２カソードオフガス管Ｐ６−２を経て第２−２カソード１９Ｂへ送出される。そして、カソードオフガスは、第２−１カソード１８Ｂ、第２−２カソード１９Ｂで発電に供された後、カソードオフガス管Ｐ１２−１、Ｐ１２−２を経て燃焼部２０へ送出される。 Air is delivered from the air blower 28 at a predetermined air discharge amount, is supplied to the first cathode 16B, and is used for power generation. From the first cathode 16B, the cathode off gas is discharged to the cathode off gas pipe P6, is sent to the 2-1 cathode 18B via the first cathode off gas pipe P6-1, and is passed through the second cathode off gas pipe P6-2. It is delivered to the 2nd-2 cathode 19B. Then, the cathode off-gas is supplied to the 2-1 cathode 18B and the 2-2 cathode 19B for power generation, and then sent out to the combustion section 20 through the cathode off-gas pipes P12-1 and P12-2.
一方、原料供給ブロワ２４により所定の吐出量で送出されたメタンは、原料ガス管Ｐ１を経て気化器１２へ供給される。また、水供給ポンプ２６により所定の吐出量で送出された水（液相）は、水供給管Ｐ２を経て気化器１２へ供給される。気化器１２へ供給された水及びメタンは、燃焼排ガスとの熱交換により加熱される。これにより水は気化され、加熱されたメタンと水蒸気は、配管Ｐ３を経て改質器１４へ送出される。そして、改質器１４で改質され、改質器１４から燃料ガスが燃料ガス管Ｐ４を経て第１アノード１６Ａへ供給され、発電に供される。第１アノード１６Ａからは、未反応の水素、一酸化炭素等の燃料を含むアノードオフガスがアノードオフガス管Ｐ７へ排出される。 On the other hand, methane delivered by the raw material supply blower 24 at a predetermined discharge amount is supplied to the vaporizer 12 via the raw material gas pipe P1. The water (liquid phase) delivered by the water supply pump 26 at a predetermined discharge amount is supplied to the vaporizer 12 via the water supply pipe P2. The water and methane supplied to the vaporizer 12 are heated by heat exchange with the combustion exhaust gas. As a result, the water is vaporized, and the heated methane and steam are sent to the reformer 14 via the pipe P3. Then, it is reformed in the reformer 14, and the fuel gas is supplied from the reformer 14 to the first anode 16A through the fuel gas pipe P4 and used for power generation. From the first anode 16A, an anode off gas containing fuel such as unreacted hydrogen and carbon monoxide is discharged to the anode off gas pipe P7.
アノードオフガスは、燃料再生部２２の上流側に設けられた熱交換部３０およびラジエータ３２において、熱交換により冷却される。すなわち、アノードオフガスは、熱交換部３０で、再生燃料ガスとの熱交換により再生燃料ガスを加熱して熱を奪われ、その後、ラジエータ３２でも冷却される。これにより、アノードオフガス中の水が凝縮される。 The anode off-gas is cooled by heat exchange in the heat exchange section 30 and the radiator 32 provided on the upstream side of the fuel regeneration section 22. That is, the anode off-gas is heated in the heat exchange section 30 by exchanging heat with the regenerated fuel gas to remove heat from the regenerated fuel gas, and then also cooled in the radiator 32. As a result, the water in the anode off gas is condensed.
燃料再生部２２には、アノードオフガスから凝縮により分離された水（液相）が貯留される。貯留された水は、気化器１２へ送出して再利用してもよいし、廃棄してもよい。水が除去された再生燃料ガスは、燃料再生部２２から再生燃料ガス管Ｐ９へ送出され、多段分岐部３４において、第１再生燃料ガス管Ｐ９−１と第２再生燃料ガス管Ｐ９−２とに分岐される。第１再生燃料ガス管Ｐ９−１、第２再生燃料ガス管Ｐ９−２の各々を流れる再生燃料ガスは、熱交換部３０を経て、第２−１燃料電池セルスタック１８の第２−１アノード１８Ａ、第２−２燃料電池セルスタック１９の第２−２アノード１９Ａへ各々送出され、発電に供される。第２−１アノード１８Ａからは、アノードオフガスがアノードオフガス管Ｐ１１−１を通って燃焼部２０へ送出され、第２−２アノード１９Ａからは、アノードオフガスがアノードオフ燃焼導入管Ｐ１１−２を通って燃焼部２０へ送出される。 Water (liquid phase) separated from the anode off-gas by condensation is stored in the fuel regeneration unit 22. The stored water may be sent to the vaporizer 12 for reuse or may be discarded. The regenerated fuel gas from which the water has been removed is sent from the fuel regenerator 22 to the regenerated fuel gas pipe P9, and in the multi-stage branch portion 34, the first regenerated fuel gas pipe P9-1 and the second regenerated fuel gas pipe P9-2 are formed. Branched to. The regenerated fuel gas flowing through each of the first regenerated fuel gas pipe P9-1 and the second regenerated fuel gas pipe P9-2 passes through the heat exchange section 30 and then passes through the 2-1st anode of the 2-1st fuel cell stack 18. 18A and the 2nd-2nd anode 19A of the 2nd-2nd fuel cell stack 19 are respectively sent out and used for power generation. From the 2-1st anode 18A, the anode off gas is delivered to the combustion section 20 through the anode offgas pipe P11-1, and from the 2nd-2nd anode 19A, the anode offgas passes through the anode off combustion introduction pipe P11-2. And is sent to the combustion unit 20.
燃焼部２０では、アノードオフガスが燃焼に供され、燃焼による熱で改質器１４が加熱される。燃焼部２０からは、燃焼排ガスが燃焼排ガス管Ｐ１０へ送出され、気化器１２においてメタン及び水との間で熱交換が行われる。メタン及び水は加熱され、燃焼排ガスは冷却される。そして、燃焼排ガスは、外部へ排出される。 In the combustion section 20, the anode off gas is used for combustion, and the reformer 14 is heated by the heat generated by the combustion. Combustion exhaust gas is sent from the combustion section 20 to the combustion exhaust gas pipe P10, and heat exchange is performed between methane and water in the vaporizer 12. Methane and water are heated and flue gas is cooled. Then, the combustion exhaust gas is discharged to the outside.
本実施形態では、燃料再生部２２で水が除去されて生成された再生燃料ガスの分岐が、熱交換部３０よりも上流側の多段分岐部３４で行われる。この多段分岐部３４における再生燃料ガスの温度は、アノードオフガスが水凝縮のために冷却された後、熱交換部３０で昇温前の温度である。 In the present embodiment, the regenerated fuel gas generated by removing water in the fuel regeneration unit 22 is branched at the multistage branching unit 34 on the upstream side of the heat exchange unit 30. The temperature of the regenerated fuel gas in the multi-stage branch section 34 is the temperature before the temperature is raised in the heat exchange section 30 after the anode off-gas is cooled for water condensation.
再生燃料ガスは、凝縮により水が除去されて含有水分量が減少しているため、炭素析出が生じやすい。さらに、再生燃料ガスが分岐する部分では、ガスの流れに変化が生じることから炭素析出しやすくなる。本実施形態では、再生燃料ガスが炭素析出し難い温度で通過する部分（熱交換部３０よりも上流側）に多段分岐部３４を設けている。したがって、再生燃料ガスに含まれるメタンや一酸化炭素が熱分解等により炭素析出することを抑制することができる。 Regenerated fuel gas is likely to cause carbon precipitation because water is removed by condensation and the water content is reduced. Further, in the portion where the regenerated fuel gas is branched, carbon is likely to be deposited because the gas flow changes. In the present embodiment, the multi-stage branch portion 34 is provided at a portion (upstream of the heat exchange portion 30) through which the regenerated fuel gas passes at a temperature at which carbon does not easily precipitate. Therefore, it is possible to suppress carbon deposition of methane or carbon monoxide contained in the regenerated fuel gas due to thermal decomposition or the like.
なお、熱交換部３０よりも上流側に多段分岐部３４を設けることにより、図２に示すように、第１再生燃料ガス管Ｐ９−１と第２再生燃料ガス管Ｐ９−２の各々の熱交換部３０よりも上流側に流量調整バルブＦＶ１、ＦＶ２を設けることができる。これにより、流量調整バルブを設けて、第１再生燃料ガス管Ｐ９−１と第２再生燃料ガス管Ｐ９−２への流量分配の制御を行う場合でも、炭素の析出を抑制することができる。 By providing the multi-stage branch portion 34 on the upstream side of the heat exchange portion 30, as shown in FIG. 2, the heat of each of the first regenerated fuel gas pipe P9-1 and the second regenerated fuel gas pipe P9-2 is increased. The flow rate adjusting valves FV1 and FV2 can be provided on the upstream side of the exchange unit 30. Thereby, even when the flow rate adjusting valve is provided to control the flow rate distribution to the first regenerated fuel gas pipe P9-1 and the second regenerated fuel gas pipe P9-2, carbon deposition can be suppressed.
［第２実施形態］
次に、本発明の第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、その詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態の燃料電池システム１０Ｂは、図３に示すように、第１実施形態の第２−２燃料電池セルスタック１９を有しておらず、後段の燃料電池セルスタックとして、第２−１燃料電池セルスタック１８のみを有している。本実施形態では、第１実施形態の第２−１燃料電池セルスタック１８を「第２燃料電池セルスタック１８」と称する。なお、本実施形態でも、第１実施形態と同様に、第２燃料電池セルスタックを複数備えてもよい。 As shown in FIG. 3, the fuel cell system 10B of the present embodiment does not have the 2-2 fuel cell stack 19 of the first embodiment, and the fuel cell system 10B of the second stage is the 2-1st fuel cell stack. It has only the fuel cell stack 18. In the present embodiment, the 2-1 fuel cell stack 18 of the first embodiment is referred to as a "second fuel cell stack 18". In addition, also in this embodiment, as in the first embodiment, a plurality of second fuel cell stacks may be provided.
アノードオフガス管Ｐ７と再生燃料ガス管Ｐ９の間には、熱交換部３０よりも燃料再生部２２側で両者を接続するバイパス路Ｐ８が設けられている。バイパス路Ｐ８の一端は、アノードオフガス管Ｐ７の熱交換部３０よりも下流側に接続されており、バイパス路Ｐ８の他端は、再生燃料ガス管Ｐ９の熱交換部３０よりも上流側に接続されている。バイパス路Ｐ８のアノードオフガス管Ｐ７との接続部分を「バイパス分岐部３８Ａ」と称し、バイパス路Ｐ８と再生燃料ガス管Ｐ９との接続部分を「バイパス合流部３８Ｂ」と称する。 A bypass passage P8 is provided between the anode off-gas pipe P7 and the regenerated fuel gas pipe P9 so as to connect the two on the fuel regeneration unit 22 side of the heat exchange unit 30. One end of the bypass passage P8 is connected to the downstream side of the heat exchange section 30 of the anode offgas pipe P7, and the other end of the bypass passage P8 is connected to the upstream side of the heat exchange section 30 of the regenerated fuel gas pipe P9. Has been done. A connecting portion of the bypass passage P8 with the anode off-gas pipe P7 is referred to as a "bypass branch portion 38A", and a connecting portion of the bypass passage P8 with the regenerated fuel gas pipe P9 is referred to as a "bypass merging portion 38B".
アノードオフガス管Ｐ７のバイパス分岐部３８Ａよりも下流側、ラジエータ３２よりも上流側には、開閉バルブＶ１が設けられている。バイパス路Ｐ８には、開閉バルブＶ２が設けられている。再生燃料ガス管Ｐ９のバイパス合流部３８Ｂよりも上流側には。開閉バルブＶ３が設けられている。
なお、本実施形態では、開閉バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３による構成としたが、バイパス分岐部３８Ａおよびバイパス合流部３８Ｂに三方バルブを設けてもよい。
An opening/closing valve V1 is provided downstream of the bypass branch portion 38A of the anode offgas pipe P7 and upstream of the radiator 32. An opening/closing valve V2 is provided in the bypass passage P8. On the upstream side of the bypass junction 38B of the regenerated fuel gas pipe P9. An opening/closing valve V3 is provided.
Although the on-off valves V1, V2, and V3 are used in the present embodiment, three-way valves may be provided on the bypass branch section 38A and the bypass merging section 38B.
定常運転時などの、通常時には、アノードオフガスを燃料再生部２２へ供給して再生燃料ガスを生成する。この時、開閉バルブＶ２は閉鎖し、開閉バルブＶ１、Ｖ３は開放する。一方、水凝縮を行わない場合や、燃料再生部２２の保守等の場合には、アノードオフガスをバイパス路Ｐ８へ流して、燃料再生部２２を経由させずに第２アノード１８Ａへ供給する。この時、開閉バルブＶ２は開放し、開閉バルブＶ１、Ｖ３は閉鎖する。 During normal operation, such as during steady operation, the anode off gas is supplied to the fuel regenerator 22 to generate regenerated fuel gas. At this time, the opening/closing valve V2 is closed and the opening/closing valves V1 and V3 are opened. On the other hand, when the water condensation is not performed or when the fuel regeneration unit 22 is maintained, the anode off gas is supplied to the second anode 18A without passing through the fuel regeneration unit 22 by flowing to the bypass passage P8. At this time, the opening/closing valve V2 is opened and the opening/closing valves V1 and V3 are closed.
本実施形態では、ガスの流れに変化を生じさせるバイパス分岐部３８Ａ、バイパス合流部３８Ｂや、開閉バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３が、熱交換部３０の低温側（アノードオフガス管Ｐ７では熱交換部３０の下流側、再生燃料ガス管Ｐ９では熱交換部３０の上流側）に設けられている。したがって、再生燃料ガスを炭素析出し難い温度で通過させることができ、メタンや一酸化炭素が熱分解等により炭素析出することを抑制することができる。 In the present embodiment, the bypass branch portion 38A, the bypass merging portion 38B, and the opening/closing valves V1, V2, and V3 that cause a change in the gas flow are located on the low temperature side of the heat exchange portion 30 (in the anode off-gas pipe P7, the heat exchange portion 30). On the downstream side, and on the regenerated fuel gas pipe P9 on the upstream side of the heat exchange section 30). Therefore, the regenerated fuel gas can be passed at a temperature at which carbon does not easily deposit, and methane or carbon monoxide can be prevented from depositing due to thermal decomposition or the like.
なお、本発明は、第１、第２実施形態を適宜組み合わせてもよいし、本発明の技術的思想内で、当業者によって、既知の装置を組み合わせて実施することができる。例えば、熱交換器の設置、組み合わせなどを、種々に設定することができる。 The present invention may appropriately combine the first and second embodiments, and may be implemented by a person skilled in the art by combining known devices within the technical idea of the present invention. For example, the installation and combination of heat exchangers can be variously set.
１０Ａ、１０Ｂ 燃料電池システム
１１ 配管
１４ 改質器（改質部）
１６ 第１燃料電池セルスタック（燃料電池セルスタック）
１６Ａ 第１アノード
１６Ｂ カソード
１８ 第２−１燃料電池セルスタック
１８Ａ 第２−１アノード
１９ 第２−２燃料電池セルスタック
１９Ａ 第２−２アノード
２０ 燃焼部
２２ 燃料再生部
３０ 熱交換部
３２ ラジエータ
３４ 多段分岐部（低温枝部）
３８Ａ バイパス分岐部
３８Ｂ バイパス合流部（低温枝部）
Ｐ７ アノードオフガス管（アノードオフガス路）
Ｐ８ バイパス路
Ｐ９ 再生燃料ガス管（再生燃料ガス路）
10A, 10B Fuel cell system 11 Piping 14 Reformer (reforming unit)
16 First fuel cell stack (Fuel cell stack)
16A 1st anode 16B Cathode 18 2nd-1 fuel cell stack 18A 2nd-1 anode 19 2-2 Fuel cell stack 19A 2nd-2 anode 20 Combustion part 22 Fuel regeneration part 30 Heat exchange part 32 Radiator 34 Multi-stage branch (low temperature branch)
38A bypass branch section 38B bypass merge section (low temperature branch section)
P7 Anode offgas pipe (anode offgas passage)
P8 bypass passage P9 regenerated fuel gas pipe (regenerated fuel gas passage)
Claims (7)
前記燃料ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルスタックのアノードから排出されたアノードオフガスから、二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を減じて再生燃料ガスを生成する燃料再生部と、
前記アノードから前記燃料再生部へ前記アノードオフガスを送出するアノードオフガス路と、
前記燃料再生部から前記再生燃料ガスを送出する再生燃料ガス路と、
前記アノードオフガス路と前記再生燃料ガス路との間で熱交換が行われる熱交換部と、
前記再生燃料ガス路の前記熱交換部よりも上流側に設けられ、前記再生燃料ガス路を分岐させる分岐部が形成された低温枝部と、
を備え、
前記熱交換部では、前記分岐部で分岐された各々の前記再生燃料ガス路と前記アノードオフガス路との間で熱交換が行われる、
燃料電池システム。 A reforming unit that reforms a hydrocarbon-based raw material gas to produce a fuel gas containing hydrogen,
A fuel cell stack for generating electricity by reacting the fuel gas with air.
From the anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell stack, a fuel regenerating unit that reduces regenerated fuel gas by subtracting at least one of carbon dioxide and water vapor,
An anode off-gas passage for delivering the anode off-gas from the anode to the fuel regeneration section;
A regenerated fuel gas passage for delivering the regenerated fuel gas from the fuel regenerator,
A heat exchange section for performing heat exchange between the anode off-gas passage and the regenerated fuel gas passage,
A low temperature branch portion provided on the upstream side of the heat exchange portion of the regenerated fuel gas passage and having a branch portion for branching the regenerated fuel gas passage;
Equipped with
In the heat exchange section, heat is exchanged between each of the regeneration fuel gas passages branched in the branching portion and the anode off-gas passage.
Fuel cell system.
前記燃料ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルスタックのアノードから排出されたアノードオフガスから、二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を減じて再生燃料ガスを生成する燃料再生部と、
前記アノードから前記燃料再生部へ前記アノードオフガスを送出するアノードオフガス路と、
前記燃料再生部から前記再生燃料ガスを送出する再生燃料ガス路と、
前記アノードオフガス路と前記再生燃料ガス路との間で熱交換が行われる熱交換部と、
前記再生燃料ガス路の前記熱交換部よりも上流側に設けられ、前記再生燃料ガス路を分岐させる分岐部が形成された低温枝部と、
を備え、
前記再生燃料ガスと空気とを反応させて発電するガス流路が並列接続された複数の第２燃料電池セルスタックを有し、
前記低温枝部は、前記複数の第２燃料電池セルスタックの各々の第２アノードへ前記再生燃料ガスを供給するように前記再生燃料ガス路を分岐する多段分岐部を含んで構成されている、燃料電池システム。 A reforming unit that reforms a hydrocarbon-based raw material gas to produce a fuel gas containing hydrogen,
A fuel cell stack for generating electricity by reacting the fuel gas with air.
A fuel regenerating unit that generates regenerated fuel gas by subtracting at least one of carbon dioxide and water vapor from the anode off gas discharged from the anode of the fuel cell stack.
An anode off-gas passage for delivering the anode off-gas from the anode to the fuel regeneration section;
A regenerated fuel gas passage for delivering the regenerated fuel gas from the fuel regenerator,
A heat exchange section for performing heat exchange between the anode off-gas passage and the regenerated fuel gas passage,
A low temperature branch portion provided on the upstream side of the heat exchange portion of the regenerated fuel gas passage and having a branch portion for branching the regenerated fuel gas passage;
Equipped with
A plurality of second fuel battery cell stacks in which gas passages for reacting the regenerated fuel gas with air to generate electricity are connected in parallel;
The low temperature branch portion is configured to include a multi-stage branch portion that branches the regenerated fuel gas passage so as to supply the regenerated fuel gas to the second anode of each of the plurality of second fuel cell stacks. Fuel cell system.
前記再生燃料ガスを複数路に分岐させ、
前記複数路に分岐した前記再生燃料ガスと前記燃料再生部へ供給される前の前記アノードオフガスとの間で熱交換を行い、
前記再生燃料ガスを発電に供する、
燃料送出方法。 Regenerating fuel gas by supplying at least one of carbon dioxide and water vapor to an anode off gas discharged from the anode of a fuel cell stack for generating electricity by reacting fuel gas containing hydrocarbon and hydrogen with air to regenerate fuel gas Produces
Branching the regenerated fuel gas into a plurality of paths,
Heat is exchanged between the regenerated fuel gas branched into the plurality of paths and the anode off gas before being supplied to the fuel regeneration section,
Providing the regenerated fuel gas for power generation,
Fuel delivery method.
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