JP6582572B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池スタックと、原燃料に含まれる硫黄成分を除去する水添脱硫器とを備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell stack and a hydrodesulfurizer that removes sulfur components contained in raw fuel.
燃料電池システムの燃料となるLNGやLPG等の炭化水素系燃料(原燃料)には、通常、着臭用として硫黄化合物が添加されている。この硫黄化合物は、燃料電池システムに搭載される改質器や燃料電池スタックの触媒を被毒するため除去する必要がある。 In general, a sulfur compound is added as an odorant to a hydrocarbon-based fuel (raw fuel) such as LNG or LPG used as a fuel for the fuel cell system. This sulfur compound needs to be removed to poison the reformer and the fuel cell stack catalyst mounted on the fuel cell system.
例えば特許文献1には、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を用いた燃料電池システムにおいて、原燃料に含まれる硫黄成分を還元して硫化水素を生成し、生成した硫化水素を吸着することで硫黄成分を除去する水添脱硫器を備えた構成が開示されている。このような水添脱硫器は、その安定した動作のために300℃程度の温度状態を維持する必要がある。そこで、この特許文献1の構成ではアノードオフガスを燃焼させ、その燃焼熱を水添脱硫器の熱源として利用している。 For example, in Patent Document 1, in a fuel cell system using a solid oxide fuel cell (SOFC), a sulfur component contained in raw fuel is reduced to generate hydrogen sulfide, and the generated hydrogen sulfide is adsorbed. The structure provided with the hydrodesulfurizer which removes a sulfur component is disclosed. Such a hydrodesulfurizer needs to maintain a temperature state of about 300 ° C. for its stable operation. Therefore, in the configuration of Patent Document 1, the anode off-gas is combusted and the combustion heat is used as a heat source for the hydrodesulfurizer.
上記特許文献1の構成は、アノードオフガスを燃焼させるための燃焼器を燃料電池スタックと水添脱硫器の間に配置する必要があり、部品点数が増加すると共にシステム構成が複雑化し、製造コストが増大する。 The configuration of Patent Document 1 requires that a combustor for burning the anode off-gas be disposed between the fuel cell stack and the hydrodesulfurizer, which increases the number of parts, complicates the system configuration, and reduces the manufacturing cost. Increase.
本発明は、上記従来の課題を考慮してなされたものであり、システム構成を簡素化し、製造コストを低減することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can simplify the system configuration and reduce the manufacturing cost.
本発明に係る燃料電池システムは、原燃料に含まれる硫黄成分を除去する水添脱硫器と、該水添脱硫器で硫黄成分が除去された原燃料である燃料と空気を利用して発電する燃料電池スタックとを備える燃料電池システムであって、前記燃料電池スタックから排出される未反応の水素を含む燃料であるアノードオフガスを、前記水添脱硫器の熱源として該水添脱硫器の加熱部に供給するオフガス供給経路を備えることを特徴とする。 A fuel cell system according to the present invention generates electricity using a hydrodesulfurizer that removes sulfur components contained in raw fuel, and fuel and air that are raw fuels from which sulfur components have been removed by the hydrodesulfurizer. A fuel cell system comprising a fuel cell stack, wherein an anode off gas, which is a fuel containing unreacted hydrogen discharged from the fuel cell stack, is used as a heat source for the hydrodesulfurizer, and a heating unit of the hydrodesulfurizer And an off-gas supply path for supplying the gas.
このような構成によれば、燃料電池スタックからのアノードオフガスを水添脱硫器の加熱部に供給して熱源とすることにより、水添脱硫器の加熱用の燃焼器が不要となり、システム構成を簡素化し、製造コストを低減することができる。 According to such a configuration, the anode off-gas from the fuel cell stack is supplied to the heating unit of the hydrodesulfurizer and used as a heat source, thereby eliminating the need for a combustor for heating the hydrodesulfurizer and system configuration. It can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
前記水添脱硫器は、水素源からの水素と共に原燃料が導入され、該原燃料に含まれる硫黄成分を還元する還元部と、該還元部で還元された硫黄成分を吸着する吸着部とを有し、前記水添脱硫器の加熱部に接続される前記オフガス供給経路から分岐して、該オフガス供給経路を流れるアノードオフガスの一部を水素源として前記水添脱硫器の還元部に供給する分岐経路と、前記加熱部を出たアノードオフガスを、前記還元部及び前記吸着部を出た燃料と合流させて前記燃料電池スタックへと供給する燃料供給経路とを備える構成としてもよい。そうすると、加熱部によって水添脱硫器の熱源として利用したアノードオフガスを再び燃料と合流させて燃料電池スタックに導入することができる。その結果、アノードオフガスに含まれる未反応の水素を有効に活用でき、システム全体としての水素の利用率を向上させ、燃料電池スタックに導入される水素濃度も高めることができる。 The hydrodesulfurizer includes a reducing unit that introduces raw fuel together with hydrogen from a hydrogen source, reduces a sulfur component contained in the raw fuel, and an adsorption unit that adsorbs the sulfur component reduced by the reducing unit. A part of the anode off-gas that branches off from the off-gas supply path connected to the heating unit of the hydrodesulfurizer and flows through the off-gas supply path is supplied to the reduction unit of the hydro-desulfurizer as a hydrogen source. It is good also as a structure provided with the branch path | route and the fuel supply path which joins the anode off gas which came out of the said heating part with the fuel which left the said reduction | restoration part and the said adsorption part, and supplies it to the said fuel cell stack. Then, the anode off gas used as a heat source of the hydrodesulfurizer can be merged with the fuel again and introduced into the fuel cell stack by the heating unit. As a result, unreacted hydrogen contained in the anode off-gas can be effectively utilized, the utilization rate of hydrogen as a whole system can be improved, and the concentration of hydrogen introduced into the fuel cell stack can be increased.
前記水添脱硫器は、多重管構造であり、前記加熱部は、原燃料及び前記分岐経路からのアノードオフガスの混合ガスが流れる前記還元部及び前記吸着部の外周及び内周の少なくとも一方に形成された経路であってもよい。そうすると、加熱部を流れるアノードオフガスによって効率よく還元部及び吸着部を流れる原燃料を加熱することができ、水添脱硫器をその作動温度帯に安定して維持することができる。 The hydrodesulfurizer has a multi-tube structure, and the heating unit is formed on at least one of an outer periphery and an inner periphery of the reducing unit and the adsorbing unit through which a mixed gas of raw fuel and anode off-gas from the branch path flows. Route may be used. If it does so, the raw fuel which flows through a reduction | restoration part and an adsorption | suction part can be efficiently heated with the anode off gas which flows through a heating part, and a hydrodesulfurizer can be stably maintained in the operating temperature range.
前記分岐経路から前記水添脱硫器に導入されるアノードオフガスに含まれる水分を除去する水分除去器を備えてもよい。そうすると、アノードオフガス中の水分を除去できるため、還元部及び吸着部に水分が導入されることを防止できる。 You may provide the water | moisture-content removal apparatus which removes the water | moisture content contained in the anode off gas introduce | transduced into the said hydrodesulfurizer from the said branch path. If it does so, since the water | moisture content in anode off gas can be removed, it can prevent that a water | moisture content is introduce | transduced into a reduction | restoration part and an adsorption | suction part.
前記オフガス供給経路における前記燃料電池スタックと前記水添脱硫器との間となる位置に、前記水添脱硫器に供給されるアノードオフガスの温度を低下させる熱交換器を有してもよい。そうすると、燃料電池スタックから排出される高温のアノードオフガスを水添脱硫器の作動温度帯まで低下させることができ、水添脱硫器の一層安定した動作が可能となる。 A heat exchanger for lowering the temperature of the anode offgas supplied to the hydrodesulfurizer may be provided at a position between the fuel cell stack and the hydrodesulfurizer in the offgas supply path. If it does so, the high temperature anode off gas discharged | emitted from a fuel cell stack can be reduced to the operating temperature range of a hydrodesulfurizer, and the more stable operation | movement of a hydrodesulfurizer will be attained.
この場合、前記熱交換器は、前記水添脱硫器を出た燃料と前記オフガス供給経路を流れるアノードオフガスとを熱交換させる構成であると、燃料電池スタックに導入される直前の燃料をアノードオフガスを用いて予熱することができる。 In this case, when the heat exchanger is configured to exchange heat between the fuel that has exited the hydrodesulfurizer and the anode offgas flowing through the offgas supply path, the fuel immediately before being introduced into the fuel cell stack is anode offgas. Can be preheated.
前記水添脱硫器の加熱部に接続される前記オフガス供給経路からさらに分岐して、該オフガス供給経路を流れるアノードオフガスの一部を前記水添脱硫器をバイパスさせて前記燃料供給経路に合流させるバイパス経路を備える構成であってもよい。そうすると、高温のアノードオフガスの全てが水添脱硫器に導入され、水添脱硫器が適正温度より高温になることを防止できる。 Further branching off from the off-gas supply path connected to the heating unit of the hydrodesulfurizer, a part of the anode off-gas flowing through the off-gas supply path is joined to the fuel supply path by bypassing the hydrodesulfurizer. The structure provided with a bypass path | route may be sufficient. Then, all of the high-temperature anode off-gas is introduced into the hydrodesulfurizer, and the hydrodesulfurizer can be prevented from becoming higher than the appropriate temperature.
本発明によれば、燃料電池スタックからのアノードオフガスを水添脱硫器の加熱部に供給して熱源とすることにより、水添脱硫器の加熱用の燃焼器が不要となり、システム構成を簡素化し、製造コストを低減することができる。 According to the present invention, the anode off gas from the fuel cell stack is supplied to the heating unit of the hydrodesulfurizer as a heat source, thereby eliminating the need for a combustor for heating the hydrodesulfurizer and simplifying the system configuration. The manufacturing cost can be reduced.
以下、本発明に係る燃料電池システムについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。 Preferred embodiments of the fuel cell system according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム10の構成を模式的に示したブロック図である。図1に示すように、燃料電池システム10は、燃料電池スタック12と、水添脱硫器14と、燃料予熱器16と、改質器18と、空気予熱器20とを備える。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a
燃料電池スタック12は、燃料供給経路LF1から燃料予熱器16及び改質器18を経て供給される燃料(燃料ガス)と、空気供給経路LA1から空気予熱器20を経て供給される空気とを反応させて発電する発電セルを複数組設けたセルスタックである。燃料電池スタック12から排出される未反応の水素を含む燃料排ガス(アノードオフガス)はオフガス供給経路LF2に循環され、未反応の酸素を含む空気排ガス(カソードオフガス)は空気排出経路LA2に排出される。
The
燃料電池スタック12は、例えば円筒形の発電セルを複数本束ねた構成や矩形平板の発電セルを複数積層した構成等、公知の構成を用いることができる。本実施形態の燃料電池スタック12には、燃料極(アノード)と空気極(カソード)との間に電解質としてイオン伝導性セラミックスを介在させた固体酸化物形燃料電池(SOFC)を用いている。燃料電池スタック12は、例えば改質器18と共に図示しない断熱筐体の内部(高温室)に収容される。
The
水添脱硫器14には、外部の供給源から燃料ブロア22を介して原燃料供給経路LF3で送られる原燃料ガス(例えば、天然ガス、LPG又は都市ガス等の炭化水素系の燃料)と、オフガス供給経路LF2から循環ブロア23を介して送られるアノードオフガスとが導入される。水添脱硫器14は、アノードオフガスに含まれる水素を水素源として原燃料に含まれる硫黄化合物(硫黄成分)を除去するものであるが、その詳細な構成は後述する。
In the
燃料予熱器16には、水添脱硫器14からの燃料供給経路LF1と、燃料電池スタック12からのオフガス供給経路LF2とが接続される。燃料予熱器16は、燃料供給経路LF1から燃料電池スタック12に導入される燃料を燃料電池スタック12から排出されるアノードオフガスの熱を利用して予熱する熱交換器である。換言すれば、燃料予熱器16は、燃料電池スタック12に導入する前の燃料によってアノードオフガスの温度を低下させることができる。
A fuel supply path LF1 from the
改質器18は、水添脱硫器14で脱硫された燃料を改質して水素や一酸化炭素を含む改質燃料を生成するものであり、内部に各種の改質触媒が設けられている。燃料電池スタック12がその内部で燃料改質を行う構造の場合、改質器18は省略することができる。
The
空気予熱器20には、燃料電池スタック12からの空気排出経路LA2と、空気供給経路LA1とが接続される。空気予熱器20は、外部の供給源から空気ブロア24を介して空気供給経路LA1で送られて燃料電池スタック12に導入される空気を燃料電池スタック12から排出されるカソードオフガスを利用して予熱する熱交換器である。
An air discharge path LA2 from the
空気予熱器20を出たカソードオフガスは、空気排出経路LA2から燃焼器26に送られる。燃焼器26には、カソードオフガスと共に、三方弁28でオフガス供給経路LF2から分岐された燃料排出経路LF4からのアノードオフガスが導入される。三方弁28は、オフガス供給経路LF2を流れるアノードオフガスの一部、例えば20%程度を燃料排出経路LF4に流通させ、残部である80%程度を水添脱硫器14へと供給する分岐管である。すなわち、燃焼器26は、水添脱硫器14を経て再び燃料電池スタック12に循環されるアノードオフガスのうち、燃料排出経路LF4から供給される余剰な一部をカソードオフガスに含まれる酸素を利用して燃焼させ、外部に排気するものである。燃焼器26には図示しない温水製造用の熱交換器を設置してもよい。そうすると、燃料電池システム10を発電と同時に温水や水蒸気を生成可能なコジェネレーションシステムとして構成できる。
The cathode off gas that has exited the
図2は、水添脱硫器14の構成を模式的に示した説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the configuration of the
図2に示すように、水添脱硫器14は、ステンレス等の金属管で形成された2重管構造であり、内側に設けられた円筒状の内管経路14aと、内管経路14aの外周側に設けられた環状の外管経路14bとを有する。水添脱硫器14は、角管形状であってもよい。
As shown in FIG. 2, the
内管経路14aは、入口ポート30aにオフガス供給経路LF2から三方弁32を介して分岐された分岐経路LF5が接続され、出口ポート30bに燃料供給経路LF1が接続される。内管経路14aにおける入口ポート30aと出口ポート30bとの間には、ガスの流通方向に沿って還元部34と吸着部35が順に並んで設けられている。三方弁32は、オフガス供給経路LF2を流れるアノードオフガスの一部、例えば1%程度を分岐経路LF5に流通させ、残部である99%程度を外管経路14bへと供給する分岐管である。三方弁32は、分岐経路LF5へのアノードオフガスの流入比率を調整可能な構造であってもよい。分岐経路LF5に流入したアノードオフガスは、原燃料供給経路LF3からの原燃料と混合されて入口ポート30aから内管経路14aに導入され、還元部34及び吸着部35で硫黄成分が除去された後、出口ポート30bから燃料供給経路LF1に流入する。
In the
還元部34は、水素源からの水素と共に原燃料が導入されることで原燃料に含まれる硫黄成分を還元して硫化水素を生成するものであり、例えばニッケル系やコバルト系の触媒が用いられる。吸着部35は、還元部34で還元された硫黄成分である硫化水素を吸着するものであり、例えば酸化亜鉛等の吸着材が用いられる。
The reducing
分岐経路LF5には、アノードオフガスに含まれる水分を除去するための水分除去器36を設けてもよい。水分除去器36は、例えば空冷式の熱交換器であり、アノードオフガス中の水分を除去することで還元部34及び吸着部35に水分が導入されることを防止できる。
The branch path LF5 may be provided with a
外管経路14bは、入口ポート38aに三方弁32を経たオフガス供給経路LF2が接続され、出口ポート38bに燃料供給経路LF1に合流する合流経路LF6が接続される。入口ポート38aから外管経路14bに導入されたアノードオフガスは、内管経路14aの外周面に接触しながら流通することで内管経路14a内を加熱した後、出口ポート38bから合流経路LF6を介して燃料供給経路LF1に流入する。つまり、外管経路14bは、内管経路14aを加熱することで還元部34及び吸着部35での硫黄成分の除去反応を安定して維持するための加熱部40として機能する。
In the
従って、以上のように構成された燃料電池システム10では、外部の供給源から原燃料供給経路LF3を介して供給された原燃料は、分岐経路LF5からのアノードオフガスと共に水添脱硫器14の内管経路14aに設けられた還元部34及び吸着部35を順に流通する。同時に水添脱硫器14の外管経路14bである加熱部40には、燃料電池スタック12から例えば500℃程度で排出された後、燃料予熱器16で燃料電池スタック12に導入される燃料と熱交換し、水添脱硫器14での触媒反応に適した300℃程度となったアノードオフガスがオフガス供給経路LF2から導入される。
Therefore, in the
その結果、水添脱硫器14では、分岐経路LF5から導入されるアノードオフガスに含まれる水素を水素源とし、加熱部40を流れるアノードオフガスの熱を熱源として還元部34及び吸着部35で次のような硫黄成分の除去反応が行われる。すなわち、還元部34で次式(1)に示すように硫黄化合物を硫化水素に還元する水添反応を生じ、吸着部35で次式(2)に示すように硫化水素を吸着する吸着反応を生じることで原燃料中の硫黄成分が除去される。
式(1):CnHnS+H2→H2S+CnHn
式(2):ZnO+H2S→ZnS+H2O
As a result, in the
Formula (1): CnHnS + H 2 → H 2 S + CnHn
Formula (2): ZnO + H 2 S → ZnS + H 2 O
水添脱硫器14で硫黄成分が除去された原燃料である燃料は、燃料予熱器16でオフガス供給経路LF2を流れるアノードオフガスの熱を吸収して予熱され、改質器18で改質された後、燃料電池スタック12の燃料極に導入され、空気供給経路LA1から空気極に導入された空気と反応して発電する。この際、燃料電池システム10では、水添脱硫器14によって燃料中の硫黄成分が除去されているため、改質器18や燃料電池スタック12での触媒の被毒が防止される。
The fuel that is the raw fuel from which the sulfur component has been removed by the
そして、燃料電池スタック12での発電反応に使用されなかった水素を含むアノードオフガスは再びオフガス供給経路LF2を流通し、一部は三方弁28から燃焼器26に送られる一方、残部は再び水添脱硫器14に導入され、ここでの水素源及び熱源として利用される。
Then, the anode offgas containing hydrogen that has not been used for the power generation reaction in the
以上のように、本実施形態に係る燃料電池システム10では、燃料電池スタック12から排出される未反応の水素を含む燃料であるアノードオフガスを、水添脱硫器14の熱源として該水添脱硫器14の加熱部40に供給するオフガス供給経路LF2を備える。従って、燃料電池スタック12からのアノードオフガスを直接的に水添脱硫器14の加熱部40に供給して熱源とすることにより、水添脱硫器14の加熱用の燃焼器が不要となり、システム構成を簡素化し、製造コストを低減することができる。
As described above, in the
当該燃料電池システム10では、水添脱硫器14の加熱部40に接続されるオフガス供給経路LF2から分岐して、オフガス供給経路LF2を流れるアノードオフガスの一部を水素源として水添脱硫器14の還元部34に供給する分岐経路LF5と、加熱部40を出たアノードオフガスを、還元部34及び吸着部35からの燃料と合流させて燃料電池スタック12へと導入する燃料供給経路LF1とを備える。これにより、加熱部40によって水添脱硫器14の熱源として利用したアノードオフガスを再び燃料と合流させて燃料電池スタック12に導入することができる。その結果、アノードオフガスに含まれる未反応の水素を有効に活用でき、システム全体としての水素の利用率を向上させ、燃料電池スタック12に導入される水素濃度も高めることができる。
In the
水添脱硫器14では、原燃料とアノードオフガスの混合ガスが流れる還元部34及び吸着部35を有する内管経路14aの外周に形成した外管経路14bを加熱部40として構成している。これにより、加熱部40を流れるアノードオフガスによって効率よく還元部34及び吸着部35を流れる原燃料を加熱することができ、水添脱硫器14を作動温度帯である300℃程度に安定して維持することができる。
In the
当該燃料電池システム10では、オフガス供給経路LF2における燃料電池スタック12と水添脱硫器14との間となる位置に、水添脱硫器14に供給されるアノードオフガスの温度を低下させる熱交換器である燃料予熱器16を設けている。これにより、燃料電池スタック12から例えば500℃程度で排出されたアノードオフガスの温度を、水添脱硫器14の作動温度帯である300℃程度に低下させることができ、水添脱硫器14の一層安定した動作が可能となる。しかも燃料予熱器16は、水添脱硫器14を出た燃料とオフガス供給経路LF2を流れるアノードオフガスとを熱交換させる構成のため、改質器18及び燃料電池スタック12に導入される直前の燃料をアノードオフガスを用いて予熱することができるという利点もある。
The
ところで、上記では、オフガス供給経路LF2から三方弁28を経て水添脱硫器14に導入されるアノードオフガスのうち、一部を還元用の水素源として三方弁32から分岐経路LF5に流入させ、残部を水添脱硫器14の熱源として加熱部40に流入させる構成としている。しかしながら、燃料電池スタック12の種類や仕様、燃料予熱器16の容量等によって水添脱硫器14に導入されるアノードオフガスの温度が異なる場合があり、特に高温である場合は、加熱部40での加熱量が過剰となり、水添脱硫器14を適正な作動温度帯である300℃程度に維持することが難しい場合もある。
By the way, in the above, part of the anode off-gas introduced into the
そこで、図3に示すように、三方弁32の下流側で加熱部40に接続されるオフガス供給経路LF2を三方弁42によってさらに分岐させ、この部分のオフガス供給経路LF2を流れるアノードオフガスの一部を水添脱硫器14をバイパスさせて燃料供給経路LF1(合流経路LF6)に合流させるバイパス経路LF7を設けてもよい。このバイパス経路LF7を設けることにより、高温のアノードオフガスの全てが水添脱硫器14に導入され、水添脱硫器14が適正温度より高温になることを防止できる。換言すれば、このバイパス経路LF7を設けることで、アノードオフガスの一部を水添脱硫器14をバイパスさせて燃料電池スタック12に導入される前の燃料供給経路LF1の燃料に合流させて燃料温度を上昇させることができるため、燃料予熱器16を省略してシステム構成のさらなる簡素化を図ることができる。勿論、燃料予熱器16を備えたシステム構成でバイパス経路LF7を設けてもよい。
Therefore, as shown in FIG. 3, the off-gas supply path LF2 connected to the
上記では、水添脱硫器14を2重管構造とし、内側の内管経路14aに還元部34及び吸着部35を設け、外側の外管経路14bに加熱部40を設ける構成を例示したが、例えば図4に示すように内側の内管経路14aに加熱部40を設け、外側の外管経路14bに還元部34及び吸着部35を設けた水添脱硫器50として構成してもよい。
In the above description, the
また、図5に示すように、3重管構造の水添脱硫器52として構成してもよい。この水添脱硫器52は、内側の内管経路14aと外側の外管経路14bの間に中間経路14cを設け、内管経路14a及び外管経路14bを加熱部40とし、その間の中間経路14cに還元部34及び吸着部35を設けている。これにより、内外の加熱部40を流れるアノードオフガスによってより効率よく還元部34及び吸着部35を流れる原燃料を加熱することができる。勿論、水添脱硫器は4重管以上の構造としてもよく、還元部34及び吸着部35と加熱部40との配置は適宜設定すればよい。
Moreover, as shown in FIG. 5, you may comprise as the
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be freely changed without departing from the gist of the present invention.
例えば上記実施形態では、燃料電池スタック12として固体酸化物形燃料電池(SOFC)を用いた構成を例示したが、本発明は他の構造の燃料電池、例えば溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)にも適用可能である。
For example, in the above-described embodiment, a configuration using a solid oxide fuel cell (SOFC) as the
また、燃料電池スタック12から空気排出経路LA2に排出されたカソードオフガスを、この空気排出経路LA2から分岐した経路(図示せず)を用いてオフガス供給経路LF2からのアノードオフガスと共に水添脱硫器14等の加熱部40に導入してもよい。但し、この構成とする場合は、加熱部40を出たアノードオフガス及びカソードオフガスの混合ガスは例えば燃焼器26を介して外部に排出する必要がある。
Further, the
10 燃料電池システム
12 燃料電池スタック
14,50,52 水添脱硫器
14a 内管経路
14b 外管経路
14c 中間経路
16 燃料予熱器
18 改質器
20 空気予熱器
28,32,42 三方弁
30a,38a 入口ポート
30b,38b 出口ポート
34 還元部
35 吸着部
36 水分除去器
40 加熱部
LA1 空気供給経路
LA2 空気排出経路
LF1 燃料供給経路
LF2 オフガス供給経路
LF3 原燃料供給経路
LF4 燃料排出経路
LF5 分岐経路
LF6 合流経路
LF7 バイパス経路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記燃料電池スタックから排出される未反応の水素を含む燃料であるアノードオフガスを、前記水添脱硫器の熱源として該水添脱硫器の加熱部に供給するオフガス供給経路を備え、
前記水添脱硫器は、水素源からの水素と共に原燃料が導入され、該原燃料に含まれる硫黄成分を還元する還元部と、該還元部で還元された硫黄成分を吸着する吸着部とを有し、
さらに、前記水添脱硫器の加熱部に接続される前記オフガス供給経路から分岐して、該オフガス供給経路を流れるアノードオフガスの一部を水素源として前記水添脱硫器の還元部に供給する分岐経路と、
前記加熱部を出たアノードオフガスを、前記還元部及び前記吸着部を出た燃料と合流させて前記燃料電池スタックへと供給する燃料供給経路と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system comprising a hydrodesulfurizer that removes sulfur components contained in raw fuel, and a fuel cell stack that generates power using air and fuel that is the raw fuel from which sulfur components have been removed by the hydrodesulfurizer Because
An off-gas supply path for supplying an anode off-gas, which is a fuel containing unreacted hydrogen discharged from the fuel cell stack, to a heating unit of the hydro-desulfurizer as a heat source of the hydro-desulfurizer ;
The hydrodesulfurizer includes a reducing unit that introduces raw fuel together with hydrogen from a hydrogen source, reduces a sulfur component contained in the raw fuel, and an adsorption unit that adsorbs the sulfur component reduced by the reducing unit. Have
Further, a branch branched from the off-gas supply path connected to the heating unit of the hydrodesulfurizer, and a part of the anode off-gas flowing through the off-gas supply path is supplied to the reducing unit of the hydrodesulfurizer as a hydrogen source. Route,
A fuel supply path for supplying the anode off-gas exiting the heating unit with the fuel exiting the reduction unit and the adsorption unit and supplying the fuel to the fuel cell stack;
The fuel cell system according to claim Rukoto equipped with.
前記水添脱硫器は、多重管構造であり、
前記加熱部は、原燃料及び前記分岐経路からのアノードオフガスの混合ガスが流れる前記還元部及び前記吸着部の外周及び内周の少なくとも一方に形成された経路であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 , wherein
The hydrodesulfurizer has a multi-tube structure,
The heating section is a path formed in at least one of the outer circumference and the inner circumference of the reducing section and the adsorbing section through which a mixed gas of raw fuel and anode off gas from the branch path flows. .
前記分岐経路から前記水添脱硫器に導入されるアノードオフガスに含まれる水分を除去する水分除去器を備えることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2 ,
A fuel cell system comprising a moisture remover that removes moisture contained in an anode offgas introduced into the hydrodesulfurizer from the branch path.
前記オフガス供給経路における前記燃料電池スタックと前記水添脱硫器との間となる位置に、前記水添脱硫器に供給されるアノードオフガスの温度を低下させる熱交換器を有することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3 ,
A fuel having a heat exchanger for lowering the temperature of the anode offgas supplied to the hydrodesulfurizer at a position between the fuel cell stack and the hydrodesulfurizer in the offgas supply path. Battery system.
前記熱交換器は、前記水添脱硫器を出た燃料と前記オフガス供給経路を流れるアノードオフガスとを熱交換させることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 4 , wherein
The said heat exchanger is a fuel cell system characterized by exchanging heat with the fuel which left the said hydrodesulfurizer, and the anode offgas which flows through the said offgas supply path.
前記水添脱硫器の加熱部に接続される前記オフガス供給経路からさらに分岐して、該オフガス供給経路を流れるアノードオフガスの一部を前記水添脱硫器をバイパスさせて前記燃料供給経路に合流させるバイパス経路を備えることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
Further branching off from the off-gas supply path connected to the heating unit of the hydrodesulfurizer, a part of the anode off-gas flowing through the off-gas supply path is joined to the fuel supply path by bypassing the hydrodesulfurizer. A fuel cell system comprising a bypass path.
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