燃料电池系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种能够稳定地进行压差控制并且简化结构的燃料电池系统及其控制方法。燃料电池系统(310)具备：燃料电池(313)；涡轮增压器(411)；废燃料气体管路(343)；废氧化性气体管路(333)；燃烧气体供给管路(328)，向涡轮(423)供给从燃烧器(422)排出的燃烧气体；氧化性气体供给管路(331)，向空气极(113)供给通过压缩机(421)压缩的氧化性气体(A2)；调整阀(347)，设置于废燃料气体管路(343)；及控制装置(20)，控制调整阀(347)来控制燃料电池(313)中的空气极(113)的压力与燃料极(109)的压力之间的压差，在废氧化性气体管路(333)中未设置将废氧化性气体(A3)排放到系统外的通风系统。系统外的通风系统。系统外的通风系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种燃料电池系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]通过使燃料气体与氧化性气体进行化学反应来发电的燃料电池具有优异的发电效率及环境友好性等特性。其中，固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：以下称为“SOFC”)作为电解质使用氧化锆陶瓷等陶瓷，将氢、民用燃气、天然气、石油、甲醇及对含碳原料通过气化设备制造出的气化气等气体等作为燃料气体来供给，并且使它们在约700℃～1000℃的高温气氛下反应而进行发电。(例如，专利文献1、专利文献2、专利文献3及专利文献4)
[0003]以往技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1：日本特开2013
‑
211265号公报
[0006]专利文献2：日本特开2016
‑
95940号公报
[0007]专利文献3：日本特开2018
‑
32472号公报
[0008]专利文献4：日本专利第6591112号公报

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的技术课题
[0010]SOFC通过与内燃机组合而能够提高发电效率，例如与气体涡轮(例如，微型燃气涡轮)组合。SOFC需要适当地维持燃料极与空气极之间的压差状态。然而，当组合了SOFC与微型燃气涡轮的发电系统因某种理由出现跳闸时，微型燃气涡轮的发电机成为无负载，从而有时需要微型燃气涡轮的保护措施。因此，为了应对跳闸的出现，需要设置将从SOFC的空气极排出的废氧化性气体排放到大气(系统外)的排出系统及隔断阀等。然而，隔断阀为高价设备，并且需要使空气极与燃料极之间的压差成为规定值以内的控制。因此，在包含SOFC的系统中，希望维持稳定的运行状态，并且简化结构。
[0011]本专利技术是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够稳定地进行压差控制并且简化结构的燃料电池系统及其控制方法。
[0012]用于解决技术课题的手段
[0013]本专利技术的第1方式为燃料电池系统，其具备：燃料电池，具有空气极及燃料极；涡轮增压器，具有涡轮及压缩机；废燃料气体管路，向燃烧器供给从所述燃料电池排出的废燃料气体；废氧化性气体管路，向所述燃烧器供给从所述燃料电池排出的废氧化性气体；燃烧气体供给管路，向所述涡轮供给从所述燃烧器排出的燃烧气体；氧化性气体供给管路，通过所述涡轮的旋转驱动向所述空气极供给由所述压缩机压缩的氧化性气体；调整阀，设置于所述废燃料气体管路；及控制装置，控制所述调整阀来控制所述燃料电池中的所述空气极的压力与所述燃料极的压力之间的压差，在所述废氧化性气体管路中未设置将废氧化性气体
排放到系统外的通风系统。
[0014]本专利技术的第2方式为燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统具备：燃料电池，具有空气极及燃料极；涡轮增压器，具有涡轮及压缩机；废燃料气体管路，向燃烧器供给从所述燃料电池排出的废燃料气体；废氧化性气体管路，向所述燃烧器供给从所述燃料电池排出的废氧化性气体；燃烧气体供给管路，向所述涡轮供给从所述燃烧器排出的燃烧气体；氧化性气体供给管路，通过所述涡轮的旋转驱动向所述空气极供给由所述压缩机压缩的氧化性气体；及调整阀，设置于所述废燃料气体管路，在所述废氧化性气体管路中未设置将废氧化性气体排放到系统外的通风系统，所述控制方法中，控制所述调整阀来控制所述燃料电池中的所述空气极的压力与所述燃料极的压力之间的压差。
[0015]专利技术效果
[0016]根据本专利技术，发挥能够稳定地进行压差控制并且简化结构的效果。
附图说明
[0017]图1是表示本专利技术的一实施方式所涉及的电池组的例子的图。
[0018]图2是表示本专利技术的一实施方式所涉及的SOfC模块的例子的图。
[0019]图3是表示本专利技术的一实施方式所涉及的SOFC盒的例子的图。
[0020]图4是表示本专利技术的一实施方式所涉及的燃料电池系统的概略结构的图。
[0021]图5是表示本专利技术的一实施方式所涉及的催化剂燃烧器的结构例的图。
[0022]图6是表示本专利技术的一实施方式所涉及的控制装置的硬件结构的一例的图。
[0023]图7是表示本专利技术的一实施方式所涉及的压差控制处理的步骤的一例的流程图。
[0024]图8是表示本专利技术的一实施方式所涉及的异常处理的步骤的一例的流程图。
[0025]图9是表示本专利技术的一实施方式所涉及的压差控制处理的步骤的一例的流程图。
具体实施方式
[0026]以下，参考附图对本专利技术所涉及的燃料电池系统及其控制方法的一实施方式进行说明。
[0027]以下，为了便于说明，以纸面为基准使用“上”及“下”的表现进行说明的各构成要件的位置关系表示各铅垂上方侧、铅垂下方侧，铅垂方向并不是严格的铅垂方向，包含误差。在本实施方式中，只要在上下方向及水平方向上获得相同的效果，则纸面上的上下方向并不一定限定于铅垂上下方向，例如可以与垂直于铅垂方向的水平方向对应。
[0028]以下，作为固体氧化物燃料电池(SOFC)的电池组以圆筒形(筒状)为例子进行说明，但无需一定要限定于此，例如也可以是平板形的电池组。基体上形成燃料电池单元，但也可以不是基体而是电极(燃料极109或空气极113)形成为较厚并兼作基体。
[0029]首先，参考图1作为本实施方式所涉及的一例对使用基体管的圆筒形电池组进行说明。当不使用基体管时，例如可以较厚地形成燃料极109而兼作基体管，并无限定于基体管的使用。本实施方式中的基体管以使用了圆筒形状的例子来进行说明，但基体管只要是筒状即可，截面并不一定限定于圆形，例如可以是椭圆形状。也可以是垂直压扁了圆筒的周侧面的扁平圆筒(Flat tubular)等的电池组。在此，图1表示本实施方式所涉及的电池组的一方式。作为一例，电池组101具备圆筒形状的基体管103、在基体管103的外周面形成有多
个的燃料电池单元105及形成于相邻的燃料电池单元105之间的内互连器107。燃料电池单元105层叠燃料极109、固体电解质膜111及空气极113而形成。电池组101具备经由内互连器107与形成于基体管103的外周面的多个燃料电池单元105中形成于在基体管103的轴向上最边端的一端的燃料电池单元105的空气极113电连接的引线膜115，且具备与形成于最边端的另一端的燃料电池单元105的燃料极109电连接的引线膜115。
[0030]基体管103由多孔材料制成，例如以CaO稳定化ZrO2(CSZ)、CSZ与氧化镍(NiO)的混合物(CSZ+NiO)或Y2O3稳定化ZrO2(YSZ)或MgAl2O4等为主成分。该基体管103支承燃料电池单元105、内互连器107及引线膜115，并且经由基体管103的细孔将供给至基体管103的内周面的燃料气体扩散到形成于基体管103外周面的燃料极109。
[0031]燃料极109由Ni与氧化锆系电解质材料的复合材料的氧化物构成，例如使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池系统，其具备：燃料电池，具有空气极及燃料极；涡轮增压器，具有涡轮及压缩机；废燃料气体管路，向燃烧器供给从所述燃料电池排出的废燃料气体；废氧化性气体管路，向所述燃烧器供给从所述燃料电池排出的废氧化性气体；燃烧气体供给管路，向所述涡轮供给从所述燃烧器排出的燃烧气体；氧化性气体供给管路，通过所述涡轮的旋转驱动向所述空气极供给由所述压缩机压缩的氧化性气体；调整阀，设置于所述废燃料气体管路；及控制装置，控制所述调整阀来控制所述燃料电池中的所述空气极的压力与所述燃料极的压力之间的压差，在所述废氧化性气体管路中未设置将废氧化性气体排放到系统外的通风系统。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其具备，均压部，与所述废燃料气体管路及所述废氧化性气体管路连接，并且对废燃料气体及废氧化性气体进行均压化。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，所述均压部在所述燃烧器中设置成被供给所述废燃料气体及所述废氧化性气体的通用空间。4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，所述燃烧器通过所述均压部混合所述废燃料气体与所述废氧化性气体，并通过使用了燃烧催化剂的催化剂燃烧部使其燃烧。5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料电池系统，其具备，压损部，设置于所述废氧化性气体管路，且对废氧化性气体附加压力损失。6.根据权利要求1至5中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：大泽弘行，岩井康，河户希美，荒木研太，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：