[发明专利]燃料电池系统

说明书

提供一种燃料电池系统，其构造简化并且能够有效地生成用于重整的水蒸气。该燃料电池系统具有电池(1)，其能够发电并且具有：燃料电极(1a)，通过重整燃料气体获得的氢气馈送至该燃料电极；空气电极(1b)，大气中的氧气馈送至该空气电极；以及电解质(1c)，其布置在燃料电极(1a)和空气电极(1b)之间，并允许馈送至空气电极(1b)的空气中的氧离子穿过而到达燃料电极(1a)，所述燃料电池系统设置有水蒸气保持装置(6)，其布置在馈送至燃料电极(1a)的燃料气体的循环通道中，并且能够保持与电池(1)的发电关联地在燃料电极(1a)中生成的水蒸气并能够使水蒸气与燃料气体混合。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，其包括能够发电的电池，该电池包括：燃料电极，通过重整燃料气体获得的氢气被供给至所述燃料电池；空气电极，空气中的氧气被供给至所述空气电极；电解质，其插设在燃料电极和空气电极之间，并允许空气电极中产生的氧离子穿过而到达燃料电极。

背景技术

燃料电池系统以氢气或碳氢化合物为燃料，并能够通过燃料和氧气的电化学反应发电。众所周知，燃料电池系统具有高能量转换效率，近来提出了各种类型的燃料电池系统。当使用碳氢化合物作为燃料时，需要由碳氢化合物产生氢气的重整反应，氢气是通过其中碳氢化合物与水反应的蒸气重整产生的。因为蒸气重整反应是吸热反应，所以需要600℃以上的温度，并且需要持续供给600℃以上的热量。特别是，被称为固体氧化物燃料电池(SOFC)的燃料电池的操作温度为600℃以上。因为发电产生的温度接近于由作为燃料的碳氢化合物产生氢气的重整反应的温度，所以能够利用燃料电池的废热由碳氢化合物产生氢气(通过重整反应)，并实现更高的发电效率。

因此，在传统的固体氧化物燃料电池中，汽化器和重整器是分开附接的。在这种情况下，从外部供给水，由诸如民用燃气之类的碳氢化合物产生氢气，并供给燃料电池以发电。已经考虑到，在发电过程中产生的水被再利用，以提高发电效率。例如，专利文献1中公开的系统具有这样的结构，即在发电过程中产生的部分废气回流到燃料中，因此在发电过程中产生的水蒸气被再利用。专利文献2公开了一种系统，在该系统中，通过泵将发电过程中产生的含有水蒸气的废气循环到重整器中并与燃料气体混合，从而将水蒸气再利用于重整。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本特开2005-222899号公报

专利文献2：日本特开2014-41804号公报

发明内容

技术问题

但是，在上述传统技术中，因为在专利文献1中只能利用部分废气，所以很难维持重整所需的足够量的水蒸气。在专利文献2中，需要控制传感器、用于收集和循环废气的泵和管道等，其缺点在于燃料电池系统复杂。本申请人重点关注在燃料电池发电过程中，燃料电极中会生成水蒸气的事实，并考虑保持水蒸气并将其直接用于重整。

鉴于上述情况而做出本发明，其一个目的是提供一种结构简单但能有效获得重整用的水蒸气的燃料电池系统。

问题的解决方案

第一方面的发明是一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括能够发电的电池，所述电池包括：燃料电极，通过重整燃料气体获得的氢气被供给至所述燃料电极；空气电极，空气中的氧气被供给至所述空气电极；以及电解质，所述电解质插设在所述燃料电极和所述空气电极之间，并允许由供给至所述空气电极的空气中的氧气生成的氧离子穿过而到达所述燃料电极，其中，所述燃料电池系统还包括水蒸气保持装置，所述水蒸气保持装置布置在待供给至所述燃料电极的燃料气体的流路中，保持在所述电池发电期间所述燃料电极中生成的水蒸气，并允许所述水蒸气与所述燃料气体混合。