固体酸化物形燃料電池の自動車応用に向けた研究

本年度はアノード排ガスリサイクルを有するSOFC(AGR-SOFC)に出力増加要求をステップ状に与えた場合を想定した過渡応答性解析モデルを構築し、数値計算によりシステムの過渡応答性を解析した。一般にSOFCでは出力を増やす際に電流やシステムに供給する燃料を無制限に増やすと、セル内の燃料の不足による燃料枯れや、燃料の改質に必要な水蒸気の不足による炭素析出が起き、システムがダメージを受ける危険性がある。前年度の検討により、安定した運転が可能な燃料供給量と電流増加の条件が明らかになったため、この知見に基づいた燃料供給量と電流の制御をモデル上にて設定した。解析の結果、AGR-SOFCの過渡応答を出力増加要求に対して３つの運転モードに分類すると共に、それらの特徴を明らかにした。また、AGR-SOFCでは改質器とSOFCに供給される燃料成分・水蒸気量が多くなるため、同燃料利用率のAGR無しのシステムに比べて電流と燃料を短時間で大きく増やすことが可能であり、優れた過渡応答性が得られると判明した。本研究で想定したモデルの範囲では、AGR-SOFCは数倍の出力増加要求に対して数100 ミリから数秒オーダーで応答が可能であり、AGR-SOFCには大型トラックの補助電源用途等に用いる上で十分な過渡応答性が期待できる。また、前年度の研究したAGRによる効率向上の効果を考慮すると、AGR-SOFCでは60 %を上回る発電効率が得られるため、例えば大型トラックにおいてエンジンのアイドリング(効率3 %程度)やディーゼルエンジンを用いた現状の補助電源(効率20 %程度)を代替する形でAGR-SOFCを用いることにより、効率の飛躍的な向上が期待できると判明した。

本年度はアノード排ガスリサイクルを有するSOFC(AGR-SOFC)に出力増加要求をステップ状に与えた場合を想定した過渡応答性解析モデルを構築し、数値計算によりシステムの過渡応答性を解析した。一般にSOFCでは出力を増やす際に電流やシステムに供給する燃料を無制限に増やすと、セル内の燃料の不足による燃料枯れや、燃料の改質に必要な水蒸気の不足による炭素析出が起き、システムがダメージを受ける危険性がある。前年度の検討により、安定した運転が可能な燃料供給量と電流増加の条件が明らかになったため、この知見に基づいた燃料供給量と電流の制御をモデル上にて設定した。解析の結果、AGR-SOFCの過渡応答を出力増加要求に対して３つの運転モードに分類すると共に、それらの特徴を明らかにした。また、AGR-SOFCでは改質器とSOFCに供給される燃料成分・水蒸気量が多くなるため、同燃料利用率のAGR無しのシステムに比べて電流と燃料を短時間で大きく増やすことが可能であり、優れた過渡応答性が得られると判明した。本研究で想定したモデルの範囲では、AGR-SOFCは数倍の出力増加要求に対して数100 ミリから数秒オーダーで応答が可能であり、AGR-SOFCには大型トラックの補助電源用途等に用いる上で十分な過渡応答性が期待できる。また、前年度の研究したAGRによる効率向上の効果を考慮すると、AGR-SOFCでは60 %を上回る発電効率が得られるため、例えば大型トラックにおいてエンジンのアイドリング(効率3 %程度)やディーゼルエンジンを用いた現状の補助電源(効率20 %程度)を代替する形でAGR-SOFCを用いることにより、効率の飛躍的な向上が期待できると判明した。