JPWO2021229843A5 - 燃料電池システム - Google Patents

Claims (19)

1. 第１アノード、第１カソード、及び、プロトン伝導性を有する酸化物を含む第１電解質膜を有し、水素を含有するガスから前記水素を分離させる電気化学ポンプと、
   第２アノード、第２カソード、及び、固体酸化物系電解質を含む第２電解質膜を有し、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電させる固体酸化物形燃料電池と、を備える、
   燃料電池システム。
2. 前記第１電解質膜は、Ａ１Ｚｒ_1-x1Ｍ１_x1Ｏ_3-δ、Ａ２Ｃｅ_1-x2Ｍ２_x2Ｏ_3-δ及びＡ３Ｚｒ_1-x3-y3Ｃｅ_x3Ｍ３_y3Ｏ_3-δからなる群より選ばれる少なくとも１つを含み、
   Ａ１，Ａ２，Ａ３は、それぞれＢａ，Ｓｒ，Ｃａからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を含み、Ｍ１、Ｍ２及びＭ３は、それぞれ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓｃ、Ｉｎ及びＬｕからなる群より選ばれる少なくとも１つを含み、
   ｘ１が０＜ｘ１＜１を満たし、
   ｘ２が０＜ｘ２＜１を満たし、
   ｘ３が０＜ｘ３＜１を満たし、
   ｙ３が０＜ｙ３＜１を満たす、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記第１電解質膜において、Ａ１、Ａ２，Ａ３はＢａを含む、
   請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記第１電解質膜は、ＢａＺｒ_1-x1Ｍ１_x1Ｏ_3-δを含む、
   請求項２又は請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記第１電解質膜において、Ｍ１は少なくともＹｂを含む、
   請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記第２アノードに接続され、前記第２アノードに前記燃料ガスを供給するアノード供給経路と、
   前記第２アノードと前記第１アノードとに接続され、前記第２アノードから排出され且つ前記水素を含有する第２アノードオフガスを前記第１アノードに供給する第２アノード排出経路と、
   前記第１カソードと前記アノード供給経路とに接続され、前記電気化学ポンプにより分離された前記水素を含有し且つ前記第１カソードから排出された第１カソードオフガスを前記アノード供給経路へ戻すリサイクルガス経路と、
   前記電気化学ポンプに接続され、前記電気化学ポンプに送電する電源と、を備えた、
   請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
7. 前記電気化学ポンプの少なくとも一部は４００℃以上で動作する、
   請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
8. 前記固体酸化物形燃料電池の温度Ｔ１と前記電気化学ポンプの温度Ｔ２との温度差が、Ｔ１が６００以上８００℃以下で前記固体酸化物形燃料電池が動作する場合には２００℃以下、Ｔ１が８００℃以上１０００℃以下で前記電気化学ポンプが動作する場合は４００℃以下である、
   請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
9. 前記固体酸化物形燃料電池の温度Ｔ１は、前記電気化学ポンプの温度Ｔ２よりも高い、
   請求項８に記載の燃料電池システム。
10. 前記アノード供給経路上に設けられ、燃料を改質して前記燃料ガスを生成する改質器をさらに備えた、
    請求項６に記載の燃料電池システム。
11. 前記固体酸化物形燃料電池及び前記電気化学ポンプを断熱空間に収容した断熱部材をさらに備え、前記固体酸化物形燃料電池と前記電気化学ポンプは同じ断熱空間に収容されている、
    請求項１から１０までのいずれか一つに記載の燃料電池システム。
12. 前記電気化学ポンプと前記改質器を断熱空間に収容した断熱部材をさらに備え、前記電気化学ポンプと前記改質器は同じ断熱空間に収容されている、
    請求項１０に記載の燃料電池システム。
13. 前記固体酸化物形燃料電池及び前記電気化学ポンプを断熱空間に収容した断熱部材をさらに備え、前記断熱空間は、前記固体酸化物形燃料電池を収容した第１断熱空間、及び、前記第１断熱空間から断熱され且つ前記電気化学ポンプを収容した第２断熱空間を有している、
    請求項１から１０までのいずれか一つに記載の燃料電池システム。
14. 前記改質器及び前記電気化学ポンプを断熱空間に収容した断熱部材をさらに備え、前記断熱空間は、前記改質器を収容した第１断熱空間、及び、前記第１断熱空間から断熱され且つ前記電気化学ポンプを収容した第２断熱空間を有している、
    請求項１０に記載の燃料電池システム。
15. 前記第２アノードに接続され、前記第２アノードに前記燃料ガスを供給するアノード供給経路と、
    前記第１カソードと前記アノード供給経路とに接続され、前記電気化学ポンプにより分離された前記水素を含有し且つ前記第１カソードから排出された第１カソードオフガスを前記アノード供給経路へ戻すリサイクルガス経路と、を備え、
    前記断熱部材は、前記リサイクルガス経路を前記断熱空間に収容している、
    請求項１１から請求項１４までのいずれか一つに記載の燃料電池システム。
16. 前記第１アノードに接続され、前記第１アノードから排出された第１アノードオフガスが流れる第１アノード排出経路と、
    前記第１アノード排出経路に設けられ、前記第１アノードオフガスを燃焼する燃焼器と、をさらに備えた、
    請求項６に記載の燃料電池システム。
17. 前記アノード供給経路上に設けられ、燃料を改質して前記燃料ガスを生成する改質器と、
    前記第１アノードから排出された前記第１アノードオフガスと、前記改質器に供給される前記燃料ガスとの間で熱交換を行う第１熱交換器と、をさらに備えた、
    請求項１６に記載の燃料電池システム。
18. 前記第２カソードに接続され、前記酸化剤ガスを前記第２カソードへ供給するカソード供給経路と、
    前記第２カソードに接続され、前記第２カソードから排出された第２カソードオフガスが流れるカソード排出経路と、
    前記第２カソードに供給される前記酸化剤ガスと、前記第２カソードから排出された前記第２カソードオフガスとの間で熱交換を行う第２熱交換器と、を備えた、
    請求項６から請求項１７までのいずれか一項に記載の燃料電池システム。
19. 前記アノード供給経路上に設けられ、燃料を改質して前記燃料ガスを生成する改質器をさらに備え、
    前記リサイクルガス経路は、前記改質器と前記第２アノードとの間の前記アノード供給経路に接続されている、
    請求項６に記載の燃料電池システム。