DE112021001332T5 - Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Starten desselben - Google Patents

Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Starten desselben Download PDF

Info

Publication number
DE112021001332T5
DE112021001332T5 DE112021001332.7T DE112021001332T DE112021001332T5 DE 112021001332 T5 DE112021001332 T5 DE 112021001332T5 DE 112021001332 T DE112021001332 T DE 112021001332T DE 112021001332 T5 DE112021001332 T5 DE 112021001332T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
oxidizing gas
fuel cell
gas
compressor
control valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112021001332.7T
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Ozawa
Yasushi Iwai
Kimi Kodo
Kenta ARAKI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Publication of DE112021001332T5 publication Critical patent/DE112021001332T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04395—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Brennstoffzellensystem, das zu stabilem Anfahren fähig ist, und ein Verfahren zum Starten des Brennstoffzellensystems bereitzustellen. Ein Brennstoffzellensystem (310) umfasst eine SOFC (313), einen Turbolader (411), eine Oxidationsgas-Zuleitung (331), ein Steuerventil (451), eine Oxidationsgas-Blasleitung (444), eine Anfahrluftleitung (454) zum Zuführen der Anfahrluft zu der Oxidationsgas-Zuleitung (331) mit einem Gebläse (452) und eine Steuereinheit (20), die in einem Zustand, in dem das Steuerventil (451) geschlossen wird und das Blasventil (445) geöffnet wird, um der Oxidationsgas-Zuleitung (331) mit dem Gebläse (452) die Anfahrluft zuzuführen, wenn der Turbolader (411) gestartet wird, die Öffnung des Blasventils (445) verringert und nach dem Zeitpunkt, zu dem die Öffnung des Blasventils (445) beginnt, verringert zu werden, die Öffnung des Steuerventils (451) erhöht und dann die Zufuhr der Anfahrluft stoppt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Starten desselben.
  • Stand der Technik
  • Eine Brennstoffzelle, die Energie durch chemisches Umsetzen von Brennstoffgas mit Oxidationsgas erzeugt, weist Eigenschaften wie ausgezeichnete Energieerzeugungseffizienz und Umweltfreundlichkeit auf. Unter Brennstoffzellen erzeugt eine Festoxidbrennstoffzelle (nachstehend als SOFC (solid oxide fuel cell) bezeichnet) Energie durch Verwenden von Keramiken wie Zirkonoxidkeramiken als ein Elektrolyt, Zuführen von Wasserstoff, Stadtgas, Erdgas, Erdöl, Methanol und Gas wie vergastes Gas, das aus kohlenstoffhaltigen Rohstoffen durch eine Vergasungsanlage hergestellt wird, als Brennstoffgas und Reagieren in Hochtemperaturatmosphäre von etwa 700°C bis 1000°C. (Zum Beispiel PTL 1 und PTL 2)
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
    • [PTL 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2018-6004
    • [PTL 2] Japanisches Patent Nr. 6591112 Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Als die SOFC werden Keramiken wie Zirkonoxidkeramiken als der Elektrolyt verwendet, und die SOFC reagiert in einer Hochtemperaturatmosphäre von etwa 700°C bis 1000°C, um effizient Energie zu erzeugen. In einem System, das eine SOFC und einen Turbolader kombiniert, kann der Turbolader im Gegensatz zu beispielsweise einer Mikrogasturbine nicht unabhängig gestartet werden. Daher wird von außen ein Anfahrgas zugeführt. Somit ist es zu dem Zeitpunkt von Anfahren erforderlich, zwischen dem Anfahrgas und dem von dem Kompressor des Turboladers komprimierten Gas umzuschalten. In einem Fall von Umschalten besteht jedoch eine Möglichkeit, dass das Gas je nach Druckzustand zurückströmt. Daher ist ein Anfahrverfahren zum ordnungsgemäßen Umschalten zwischen dem Anfahrgas und dem durch den Turbolader komprimierten Gas erforderlich, so dass das Anfahren stabil durchgeführt wird.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf solche Umstände gemacht, und die Aufgabe davon ist es, ein Brennstoffzellensystem, das in der Lage ist, stabiles Anfahren durchzuführen, und ein Verfahren zum Starten desselben vorzusehen.
  • Lösung für das Problem
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Brennstoffzellensystem vorgesehen, das Folgendes enthält: eine Brennstoffzelle, die eine Kathode (Luftelektrode) und eine Anode (Brennstoffelektrode) aufweist; einen Turbolader, der eine Turbine aufweist, der ein Brennstoffabgas und ein Oxidationsabgas, die aus der Brennstoffzelle abgegeben werden, als ein Verbrennungsgas zugeführt werden, und der einen durch die Turbine angetriebenen Kompressor aufweist; eine Oxidationsgas-Zuleitung zum Zuführen eines durch den Kompressor komprimierten Oxidationsgases zu der Kathode; ein Steuerventil, das bei der Oxidationsgas-Zuleitung vorgesehen ist; eine Blasleitung, deren eines Ende mit einer Stromaufwärtsseite des Steuerventils bei der Oxidationsgas-Zuleitung verbunden ist und die das Oxidationsgas mit einem Blasventil nach außerhalb des Systems abgibt; eine Anfahrluftleitung, deren eines Ende mit einer Stromabwärtsseite des Steuerventils bei der Oxidationsgas-Zuleitung verbunden ist und die der Oxidationsgas-Zuleitung mit einem Gebläse Anfahrluft zuführt; und eine Steuereinheit, die eine Öffnung des Blasventils verringert, eine Öffnung des Steuerventils erhöht, nachdem die Öffnung des Blasventils beginnt, verringert zu werden, und dann die Zufuhr der Anfahrluft in einem Zustand stoppt, in dem das Steuerventil geschlossen ist und das Blasventil geöffnet ist, um die Anfahrluft der Oxidationsgas-Zuleitung mit dem Gebläse in einem Fall zuzuführen, in dem Anfahren des Turboladers durchgeführt wird.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems vorgesehen, das Folgendes enthält: eine Brennstoffzelle, die eine Kathode und eine Anode aufweist; einen Turbolader, der eine Turbine aufweist, der ein Brennstoffabgas und ein Oxidationsabgas, die aus der Brennstoffzelle abgegeben werden, als ein Verbrennungsgas zugeführt werden, und der einen durch die Turbine angetriebenen Kompressor aufweist, eine Oxidationsgas-Zuleitung zum Zuführen eines durch den Kompressor komprimierten Oxidationsgases zu der Kathode, ein Steuerventil, das bei der Oxidationsgas-Zuleitung vorgesehen ist, eine Blasleitung, deren eines Ende mit einer Stromaufwärtsseite des Steuerventils bei der Oxidationsgas-Zuleitung verbunden ist und die das Oxidationsgas mit einem Blasventil nach außerhalb des Systems abgibt, und eine Anfahrluftleitung, deren eines Ende mit einer Stromabwärtsseite des Steuerventils bei der Oxidationsgas-Zuleitung verbunden ist und die der Oxidationsgas-Zuleitung mit einem Gebläse Anfahrluft zuführt, wobei das Verfahren umfasst: Verringern einer Öffnung des Blasventils, Erhöhen einer Öffnung des Steuerventils nach einem Zeitpunkt, an dem die Öffnung des Blasventils beginnt, verringert zu werden, und dann Stoppen der Zufuhr der Anfahrluft in einem Zustand, in dem das Steuerventil geschlossen ist und das Blasventil geöffnet ist, um die Anfahrluft der Oxidationsgas-Zuleitung mit dem Gebläse in einem Fall zuzuführen, in dem Anfahren durchgeführt wird.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung gibt es eine Wirkung, dass das Anfahren stabiler durchgeführt werden kann.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt Beispiel für einen Zellenstapel gemäß erster Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 2 zeigt Beispiel für ein SOFC-Modul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 3 zeigt Beispiel für einen SOFC-Einsatz gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 4 zeigt eine schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 5 zeigt Beispiel für eine Hardwarekonfiguration einer Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 6 zeigt Beispiel für eine gegenseitige Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 7 zeigt einen Zustand eines Brennstoffzellensystems in einem Fall, in dem Leitungsspülung vor Anfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird.
    • 8 zeigt einen Zustand des Brennstoffzellensystems in einem Fall, in dem eine Anfahrheizung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezündet wird.
    • 9 zeigt einen Zustand des Brennstoffzellensystems in einem Fall, in dem eine katalytische Brennkammer gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezündet wird.
    • 10 zeigt einen Zustand des Brennstoffzellensystems in einem Fall, in dem der Turbolader gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung selbstversorgend ist.
    • 11 zeigt ein Beispiel eines Temperaturerhöhungsprozesses, nachdem der Turbolader gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung selbstversorgend wird.
    • 12 zeigt ein Beispiel eines Zustandsübergangs bei Anfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 13 zeigt ein Beispiel eines Flussdiagramms von Prozedur von selbstversorgender Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 14 zeigt eine schematische Konfiguration um den Turbolader des Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 15 zeigt ein Beispiel eines Zustandsübergangs bei Anfahren gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 16 zeigt eine schematische Konfiguration um den Turbolader des Brennstoffzellensystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 17 zeigt ein Beispiel eines Zustandsübergangs bei Anfahren gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 18 zeigt eine schematische Konfiguration um den Turbolader eines Brennstoffzellensystem gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 19 zeigt ein Beispiel eines Zustandsübergangs bei Anfahren gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • [Erste Ausführungsform]
  • Nachstehend werden eine erste Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems und ein Verfahren zum Starten desselben gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Im Folgenden zeigt zur Vereinfachung der Beschreibung die Positionsbeziehung zwischen jedem der Konfigurationselemente, die mit den Ausdrücken „oben“ und „unten“ auf der Papieroberfläche beschrieben werden, eine senkrechte Oberseite beziehungsweise eine senkrechte Unterseite an, und eine senkrechte Richtung ist nicht exakt und schließt Ungewissheit ein. In der vorliegenden Ausführungsform ist in Bezug auf eine Auf-Ab-Richtung und eine horizontale Richtung, die den gleichen Effekt erhalten können, beispielsweise die Auf-Ab-Richtung auf der Papieroberfläche nicht notwendigerweise auf die senkrechte Auf-Ab-Richtung beschränkt, und die Richtung kann der horizontalen Richtung senkrecht zu der senkrechten Richtung entsprechen.
  • Nachstehend ist, obwohl ein zylindrischer (rohrförmiger) Zellenstapel als ein Beispiel für einen Zellenstapel von Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) beschrieben wird, der Zellenstapel nicht notwendigerweise darauf beschränkt und kann beispielsweise ein flacher Zellenstapel sein. Die Brennstoffzelle ist auf einem Substrat gebildet, aber eine Elektrode (Anode (Brennstoffelektrode) 109 oder eine Kathode (Luftelektrode) 113) kann ohne das Substrat dick gebildet sein und kann auch als das Trägerteil dienen.
  • Zunächst wird ein zylindrischer Zellenstapel, der ein Substratrohr verwendet, als Beispiel gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 1 beschrieben. Wenn das Substratrohr nicht verwendet wird, kann beispielsweise die Anode 109 dick gebildet sein und kann auch als das Substratrohr verwendet werden, und die Verwendung des Substratrohrs ist nicht beschränkt. Das Substratrohr in der vorliegenden Ausführungsform wird durch Verwenden zylindrischer Form beschrieben, aber das Substratrohr kann rohrförmig sein und der Querschnitt davon ist nicht notwendigerweise auf Kreisform beschränkt und kann beispielsweise elliptische Form aufweisen. Ein Zellenstapel mit flacher rohrförmiger Form oder dergleichen, bei dem Umfangsseitenfläche des Zylinders vertikal versetzt ist, kann verwendet werden. Hier stellt 1 den Aspekt des Zellenstapels gemäß der vorliegenden Ausführungsform dar. Ein Zellenstapel 101 enthält beispielsweise ein zylindrisches Substratrohr 103, mehrere Brennstoffzellen 105, die auf einer Außenumfangsfläche des Substratrohrs 103 gebildet sind, und einen Zwischenverbinder 107, der zwischen den aneinander angrenzenden Brennstoffzellen 105 gebildet ist. Die Brennstoffzelle 105 wird durch Laminieren von Anode 109, Festelektrolytfilm 111 und Kathode 113 gebildet. Der Zellenstapel 101 enthält Bleifilm 115, der elektrisch via den Zwischenverbinder 107 mit der Kathode 113 der Brennstoffzelle 105 verbunden ist, die an einem Ende an dem äußersten Endteil des Substratrohrs 103 in Axialrichtung gebildet ist, und Bleifilm 115, der elektrisch mit der Anode 109 der Brennstoffzelle 105 verbunden ist, die an dem anderen Ende an dem äußersten Endteil gebildet ist, in den mehreren Brennstoffzellen 105, die auf der Außenumfangsfläche des Substratrohrs 103 gebildet sind.
  • Das Substratrohr 103 besteht aus porösem Material, zum Beispiel aus CaO-stabilisiertem ZrO2 (CSZ), einer Mischung aus CSZ und Nickeloxid (NiO), Y2O3-stabilisiertem ZrO2 (YSZ), MgAl2O4 oder dergleichen als Hauptkomponenten. Das Substratrohr 103 stützt die Brennstoffzelle 105, den Zwischenverbinder 107 und den Bleifilm 115 und diffundiert das der Innenumfangsfläche des Substratrohrs 103 zugeführte Brennstoffgas durch Poren des Substratrohrs 103 zu der auf der Außenumfangsfläche des Substratrohrs 103 gebildeten Anode 109.
  • Die Anode 109 besteht aus einem Oxid von Verbundwerkstoff aus Ni und auf Zirkonoxid basierendem Elektrolytmaterial, und beispielsweise wird Ni/YSZ verwendet. Die Dicke der Anode 109 beträgt 50 um bis 250 um, und die Anode 109 kann durch Siebdruckschlamm gebildet werden. In diesem Fall weist die Anode 109 Ni auf, das eine Komponente der Anode 109 ist und das eine katalytische Wirkung auf das Brennstoffgas aufweist. Die katalytische Reaktion wird für das Brennstoffgas, zum Beispiel Mischgas aus Methan (CH4) und Wasserdampf, durchgeführt, das durch das Substratrohr 103 zugeführt und zu Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) umgeformt wird. Die Anode 109 setzt elektrochemisch umgeformtes Gas, das Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) erhält, mit Sauerstoffionen (O2-) um, die durch den Festelektrolytfilm 111 in der Umgebung von Schnittstelle mit dem Festelektrolytfilm 111 zugeführt werden, und erzeugt Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2). Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Brennstoffzelle 105 Energie via Elektronen, die von Sauerstoffionen freigesetzt werden.
  • Beispiele des Brennstoffgases, das der Anode 109 der Festoxidbrennstoffzelle zugeführt und verwendet werden kann, enthalten vergastes Gas, das von Vergasungsanlage aus kohlenstoffhaltigem Rohstoff wie Erdöl, Methanol und Kohle produziert wird, zusätzlich zu Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffgas wie Methan (CH4), Stadtgas und Erdgas.
  • Als der Festelektrolytfilm 111 wird hauptsächlich YSZ mit Luftdichtheit verwendet, die das Passieren von Gas erschwert, und hoher Sauerstoffionenleitfähigkeit bei hoher Temperatur. Der Festelektrolytfilm 111 überträgt an der Kathode 113 erzeugte Sauerstoffionen (O2-) auf die Anode 109. Die Filmdicke des auf der Oberfläche der Anode 109 positionierten Festelektrolytfilms 111 beträgt 10 um bis 100 um, und der Festelektrolytfilm 111 kann durch Siebdruckschlamm gebildet werden.
  • Die Kathode 113 besteht beispielsweise aus einem Oxid auf LaSrMnO3-Basis oder einem Oxid auf LaCoO3-Basis, und die Kathode 113 wird durch Siebdruck oder durch Verwenden eines Spenders mit Schlamm beschichtet. Die Kathode 113 dissoziiert Sauerstoff in dem Oxidationsgas, wie beispielsweise Luft, die in der Umgebung der Schnittstelle mit dem Festelektrolytfilm 111 zugeführt werden soll, und erzeugt Sauerstoffionen (O2-).
  • Die Kathode 113 kann auch eine Zweischichtkonfiguration aufweisen. In diesem Fall besteht die Kathodenschicht (Kathodenzwischenschicht) auf der Seite des Festelektrolytfilms 111 aus Material mit hoher Ionenleitfähigkeit und ausgezeichneter katalytischer Aktivität. Die Kathodenschicht (Kathodenleitschicht) auf der Kathodenzwischenschicht kann aus einem Oxid vom Perowskit-Typ bestehen, das durch Sr und Ca-dotiertes LaMnO3 dargestellt wird. Auf diese Weise kann die Leistung der Energieerzeugung weiter verbessert werden.
  • Das Oxidationsgas ist Gas, das ungefähr 15 % bis 30 % Sauerstoff enthält, und repräsentativ ist Luft geeignet. Zusätzlich zu Luft kann jedoch Mischgas aus Verbrennungsabgas und Luft, Mischgas aus Sauerstoff und Luft und dergleichen verwendet werden.
  • Der Zwischenverbinder 107 besteht aus einem leitfähigen Oxid vom Perowskit-Typ, dargestellt durch M1-xLxTiO3 (M ist Erdalkalimetallelement und L ist Lanthanoidelement) wie SrTiO3, und wird durch den Siebdruckschlamm gebildet. Der Zwischenverbinder 107 ist ein dichter Film, so dass sich das Brennstoffgas und das Oxidationsgas nicht miteinander vermischen. Der Zwischenverbinder 107 weist stabile Haltbarkeit und elektrische Leitfähigkeit sowohl unter oxidierender Atmosphäre als auch unter reduzierender Atmosphäre auf. Der Zwischenverbinder 107 verbindet elektrisch die Kathode 113 einer Brennstoffzelle 105 und die Anode 109 der anderen Brennstoffzelle 105 in den Brennstoffzellen 105, die aneinander angrenzen, und verbindet die Brennstoffzellen 105 in Reihe aneinander angrenzend.
  • Da der Bleifilm 115 eine Elektronenleitfähigkeit und einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie andere Materialien aufweisen muss, die den Zellenstapel 101 bilden, besteht der Bleifilm 115 aus Verbundwerkstoff aus Ni und Elektrolytmaterial auf Zirkonoxidbasis wie Ni/YSZ oder M1-xLxTiO3 (M ist Erdalkalimetallelement und L ist Lanthanoidelement) wie SrTiO3. Der Bleifilm 115 leitet Gleichstromleistung, die durch die mehreren Brennstoffzellen 105 erzeugt wird, die miteinander durch den Zwischenverbinder 107 in Reihe verbunden sind, in die Umgebung von Endabschnitt des Zellenstapels 101.
  • Das Substratrohr 103, auf dem der Schlammfilm der Anode 109, des Festelektrolytenfilm 111 und des Zwischenverbinders 107 gebildet ist, wird in der Atmosphäre mitgesintert. Die Sintertemperatur ist spezifisch auf 1350°C bis 1450°C eingestellt.
  • Als nächstes wird das Substratrohr 103, auf dem der Schlammfilm der Kathode 113 gebildet ist, in der Atmosphäre auf dem mitgesinterten Substratrohr 103 gesintert. Die Sintertemperatur ist spezifisch auf 1100°C bis 1250°C eingestellt. Die Sintertemperatur ist hier niedriger als die Co-Sintertemperatur nach dem Bilden des Substratrohrs 103 zu dem Zwischenverbinder 107.
  • Als nächstes werden ein SOFC-Modul und ein SOFC-Einsatz gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben. Hier stellt 2 einen Aspekt des SOFC-Moduls gemäß der vorliegenden Ausführungsform dar. 3 stellt eine Schnittansicht eines Aspekts des SOFC-Einsatzes gemäß der vorliegenden Ausführungsform dar.
  • Wie in 2 dargestellt, beinhaltet ein SOFC-Modul (Brennstoffzellenmodul) 201 beispielsweise mehrere SOFC-Einsätze 203 (Brennstoffzellenpatronen) und einen Druckbehälter 205, in dem die mehreren SOFC-Einsätze 203 gespeichert sind. Wenngleich ein zylindrischer SOFC-Zellenstapel 101 in 2 als Beispiel beschrieben ist, ist der Zellenstapel nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise ein flacher Zellenstapel sein. Das SOFC-Modul 201 beinhaltet eine Brennstoffgas-Zufuhrröhre 207, mehrere Brennstoffgas-Zufuhrzweigröhren 207a, eine Brennstoffgas-Abgaberöhre 209 und mehrere Brennstoffgas-Abgabezweigröhren 209a. Das SOFC-Modul 201 beinhaltet eine Oxidationsgas-Zufuhrröhre (nicht dargestellt), eine Oxidationsgas-Zufuhrzweigröhre (nicht dargestellt), eine Oxidationsgas-Abgaberöhre (nicht dargestellt) und mehrere Oxidationsgas-Abgabezweigröhren (nicht dargestellt).
  • Die Brennstoffgas-Zufuhrröhre 207 ist an der Außenseite des Druckbehälters 205 vorgesehen, der mit einer Brennstoffgas-Zufuhreinheit zur Zufuhr von Brennstoffgas mit einer vorbestimmten Gaszusammensetzung und vorbestimmten Strömungsrate gemäß dem Ausmaß der Energieerzeugung des SOFC-Moduls 201 verbunden ist, und mit den mehreren Brennstoffgas-Zufuhrzweigröhren 207a verbunden. Die Brennstoffgas-Zufuhrröhre 207 verzweigt die vorbestimmte Strömungsrate des von der vorstehend beschriebenen Brennstoffgas-Zufuhreinheit zugeführten Brennstoffgases zu den mehreren Brennstoffgas-Zufuhrzweigröhren 207a und führt das Brennstoffgas. Die Brennstoffgas-Zufuhrzweigröhre 207a ist mit der Brennstoffgas-Zufuhrröhre 207 verbunden und ist mit den mehreren von SOFC-Einsätzen 203 verbunden. Die Brennstoffgas-Zufuhrzweigröhre 207a führt das von der Brennstoffgas-Zufuhrröhre 207 zugeführte Brennstoffgas mit im Wesentlichen gleichmäßiger Strömungsrate zu den mehreren SOFC-Einsätzen 203 und macht die Energieerzeugungsleistung der mehreren von SOFC-Einsätzen 203 im Wesentlichen gleichmäßig.
  • Die Brennstoffgas-Abgabezweigröhre 209a ist mit den mehreren von SOFC-Einsätzen 203 und mit der Brennstoffgas-Abgaberöhre 209 verbunden. Die Brennstoffgas-Abgabezweigröhre 209a führt das von dem SOFC-Einsatz 203 abgegebene Brennstoffabgas zur Brennstoffgas-Abgaberöhre 209. Die Brennstoffgas-Abgaberöhre 209 ist mit den mehreren von Brennstoffgas-Abgabezweigröhren 209a verbunden, und ein Teil davon ist an der Außenseite des Druckbehälters 205 angeordnet. Die Brennstoffgas-Abgaberöhre 209 führt das von der Brennstoffgas-Abgabezweigröhre 209a abgeleitete Brennstoffabgas mit einer im Wesentlichen gleichen Strömungsrate zur Außenseite des Druckbehälters 205.
  • Da der Druckbehälter 205 bei Innendruck von 0,1MPa bis ungefähr 3 MPa und bei Innentemperatur der atmosphärischen Temperatur bis ungefähr 550°C betrieben wird, wird Material verwendet, das Drucktoleranz und Korrosionsbeständigkeit in Bezug auf sauerstoffhaltiges Gas aufrechterhält, wie etwa Sauerstoff, der im Oxidationsgas enthalten ist. Zum Beispiel ist ein Edelstahlmaterial wie SUS304 geeignet.
  • Hier wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Aspekt beschrieben, bei dem die mehreren SOFC-Einsätze 203 montiert und in dem Druckbehälter 205 gespeichert sind, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und Aspekt, bei dem die SOFC-Einsätze 203 nicht montiert sind und im Druckbehälter 205 gespeichert werden, kann auch eingesetzt werden.
  • Wie in 3 dargestellt, beinhaltet der SOFC-Einsatz 203 mehrere Zellenstapel 101, eine Energieerzeugungskammer 215, einen Brennstoffgas-Zufuhrkopf 217, einen Brennstoffgas-Abgabekopf 219, einen Oxidationsgas-Zufuhrkopf (Luft) 221 und einen Oxidationsgas-Abgabekopf 223. Der SOFC-Einsatz 203 beinhaltet eine obere Rohrplatte 225a, eine untere Rohrplatte 225b, eine obere Wärmedämmung 227a und eine untere Wärmedämmung 227b. In der vorliegenden Ausführungsform weist der SOFC-Einsatz 203 eine Struktur auf, in der der Brennstoffgas-Zufuhrkopf 217, der Brennstoffgas-Abgabekopf 219, der Oxidationsgas-Zufuhrkopf 221 und die Oxidationsgas-Abgabekopf 223 wie in 3 dargestellt derart angeordnet sind, dass das Brennstoffgas und das Oxidationsgas strömen, während sie der Innenseite und der Außenseite des Zellenstapels 101 zugewandt sind, aber diese Struktur ist nicht notwendig, und beispielsweise kann das Gas strömen, während es parallel zu der Innenseite und zu der Außenseite des Zellenstapels 101 ist, und kann das Oxidationsgas in einem Querstrom zu einer Axialrichtung des Zellenstapels 101 strömen.
  • Die Energieerzeugungskammer 215 ist ein Bereich, der zwischen der oberen Wärmedämmung 227a und der unteren Wärmedämmung 227b gebildet ist. Die Energieerzeugungskammer 215 ist ein Bereich, in dem die Brennstoffzellen 105 des Zellenstapels 101 angeordnet sind, und ist ein Bereich, in dem Energie durch elektrochemisches Umsetzen des Brennstoffgases und des Oxidationsgases erzeugt wird. Die Temperatur in der Umgebung eines Mittelabschnitts der Energieerzeugungskammer 215 in der Längsrichtung des Zellenstapels 101 wird durch eine Temperaturmesseinheit (Temperatursensor, Thermoelement oder dergleichen) überwacht, und Hochtemperaturatmosphäre von ungefähr 700°C bis 1000°C wird während des Dauerbetriebs des SOFC-Moduls 201 erreicht.
  • Der Brennstoffgas-Zufuhrkopf 217 ist ein Bereich, der von einem oberen Gehäuse 229a und einer oberen Rohrplatte 225a des SOFC-Einsatzes 203 umgeben ist, und ist mit der Brennstoffgas-Zufuhrzweigröhre 207a über ein Brennstoffgas-Zufuhrloch 231a, das in oberem Abschnitt des oberen Gehäuses 229a vorgesehen ist, verbunden. Die mehreren Zellenstapel 101 sind durch ein Dichtungselement 237a mit der oberen Rohrplatte 225a verbunden, und der Brennstoffgas-Zufuhrkopf 217 führt das von der Brennstoffgas-Zufuhrzweigröhre 207a zugeführte Brennstoffgas durch das Brennstoffgas-Zufuhrloch 231a bei im Wesentlichen gleichmäßiger Strömungsrate an der Innenseite des Substratrohrs 103 der mehreren Zellenstapel 101 und macht die Energieerzeugungsleistung der mehreren Zellenstapel 101 im Wesentlichen gleichförmig.
  • Der Brennstoffgas-Abgabekopf 219 ist ein Bereich, der von einem unteren Gehäuse 229b und der unteren Rohrplatte 225b des SOFC-Einsatzes 203 umgeben ist, und ist mit der Brennstoffgas-Abgabezweigröhre 209a (nicht dargestellt) durch ein Brennstoffgas-Abgabeloch 231b, das in dem unteren Gehäuse 229b vorgesehen ist, verbunden. Die mehreren Zellenstapel 101 sind durch ein Dichtungselement 237b mit der unteren Rohrplatte 225b verbunden, und der Brennstoffgas-Abgabekopf 219 sammelt das Brennstoffabgas, das durch das Innere des Substratrohrs 103 der mehreren Zellenstapel 101 dringt und das dem Brennstoffgas-Abgabekopf 219 zugeführt wird, und führt das Brennstoffabgas zu der Brennstoffgas-Abgabezweigröhre 209a durch das Brennstoffgas-Abgabeloch 231b.
  • Oxidationsgas mit einer vorbestimmten Gaszusammensetzung und einer vorbestimmten Strömungsrate wird gemäß dem Energieerzeugungsbetrag des SOFC-Moduls 201 in die Oxidationsgas-Zufuhrzweigröhre verzweigt und wird mehreren SOFC-Einsätzen 203 zugeführt. Dier Oxidationsgas-Zufuhrkopf 221 ist ein Bereich, der von dem unteren Gehäuse 229b, der unteren Rohrplatte 225b und der unteren Wärmedämmung 227b des SOFC-Einsatzes 203 umgeben ist, und ist durch ein Oxidationsgas-Zufuhrloch 233a, das an Seitenfläche des unteren Gehäuses 229b vorgesehen ist, mit der Oxidationsgas-Zufuhrzweigröhre (nicht dargestellt) verbunden. Der Oxidationsgas-Zufuhrkopf 221 führt eine vorbestimmte Strömungsrate von Oxidationsgas von der Oxidationsgas-Zufuhrzweigröhre (nicht dargestellt) durch das Oxidationsgas-Zufuhrloch 233a zu der Energieerzeugungskammer 215 durch einen Oxidationsgas-Zufuhrspalt 235a, was später beschrieben wird.
  • Der Oxidationsgas-Abgabekopf 223 ist ein Bereich, der von dem oberen Gehäuse 229a, der oberen Rohrplatte 225a und der oberen Wärmedämmung 227a des SOFC-Einsatzes 203 umgeben ist, und ist durch ein Oxidationsgas-Zufuhrloch 233b, das an der Seitenfläche des oberen Gehäuses 229a vorgesehen ist, mit einer Oxidationsgas-Abgabezweigröhre (nicht dargestellt) verbunden. Der Oxidationsgas-Abgabekopf 223 führt das von der Energieerzeugungskammer 215 zugeführte Oxidationsabgas zu dem Oxidationsgas-Abgabekopf 223 durch einen Oxidationsgas-Abgabespalt 235b, der später beschrieben wird, zur Oxidationsgas-Abgabezweigröhre (nicht dargestellt) durch das Oxidationsgas-Abgabeloch 233b.
  • Die obere Rohrplatte 225a ist an der Seitenplatte des oberen Gehäuses 229a derart befestigt, dass die obere Rohrplatte 225a, die Deckplatte des oberen Gehäuses 229a und die obere Wärmedämmung 227a im Wesentlichen parallel zueinander zwischen der oberen Platte des oberen Gehäuses 229a und der oberen Wärmedämmung 227a sind. Die obere Rohrplatte 225a weist mehrere Löcher auf, die der Anzahl an in dem SOFC-Einsatz 203 vorgesehenen Zellenstapel 101 entsprechen, und die Zellenstapel 101 werden jeweils in die Löcher eingeführt. Die obere Rohrplatte 225a stützt einen Endabschnitt der mehreren Zellenstapel 101 luftdicht via einen oder beide des Dichtungselements 237a und einem Klebeelement und isoliert ferner dem Brennstoffgas-Zufuhrkopf 217 und den Oxidationsgas-Abgabekopf 223 voneinander.
  • Die obere Wärmedämmung 227a ist an unterem Endabschnitt des oberen Gehäuses 229a derart angeordnet, dass die obere Wärmedämmung 227a, die Deckplatte des oberen Gehäuses 229a und die obere Rohrplatte 225a im Wesentlichen parallel zueinander sind, und ist an der Seitenplatte des oberen Gehäuses 229a befestigt. Die obere Wärmedämmung 227a weist mehrere Löcher auf, die der Anzahl an in dem SOFC-Einsatz 203 vorgesehenen Zellenstapeln 101 entsprechen. Der Durchmesser des Lochs ist so eingestellt, dass er größer als der Außendurchmesser des Zellenstapels 101 ist. Die obere Wärmedämmung 227a beinhaltet einen Oxidationsgas-Abgabespalt 235b, der zwischen der Innenfläche des Lochs und der Außenfläche des in der oberen Wärmedämmung 227a eingeführten Zellenstapels 101 gebildet ist.
  • Die obere Wärmedämmung 227a trennt die Energieerzeugungskammer 215 und den Oxidationsgas-Abgabekopf 223 voneinander, der Temperaturanstieg der Atmosphäre um die obere Rohrplatte 225a, der die Festigkeitsverschlechterung oder Zunahme der Korrosion aufgrund des sauerstoffhaltigen Gases im Oxidationsgas verursacht, wird unterdrückt. Die obere Rohrplatte 225a und dergleichen bestehen aus hochtemperaturbeständigem metallischem Material, wie Inconel, um thermische Verformung zu verhindern, da die obere Rohrplatte 225a und dergleichen der hohen Temperatur in der Energieerzeugungskammer 215 ausgesetzt sind und die Temperaturdifferenz in der oberen Rohrplatte 225a und dergleichen zunimmt. Die obere Wärmedämmung 227a führt das Oxidationsabgas, das die Energieerzeugungskammer 215 durchdrungen ist und das der hohen Temperatur ausgesetzt wurde, zu dem Oxidationsgas-Abgabekopf 223 durch den Oxidationsgas-Abgabespalt 235b.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform strömen aufgrund der Struktur des oben beschriebenen SOFC-Einsatzes 203 das Brennstoffgas und das Oxidationsgas, während sie der Innenseite und der Außenseite des Zellenstapels 101 zugewandt sind. Dementsprechend tauscht das Oxidationsabgas Wärme mit dem Brennstoffgas aus, das der Energieerzeugungskammer 215 durch das Innere des Substratrohrs 103 zugeführt wird, und wird auf eine Temperatur abgekühlt, bei der Verformung, wie Knicken der oberen Rohrplatte 225a und dergleichen aus metallischem Material nicht auftritt, und wird dem Oxidationsgas-Abgabekopf 223 zugeführt. Die Temperatur des Brennstoffgases steigt via den Wärmeaustausch mit dem aus der Energieerzeugungskammer 215 abgegebenen Oxidationsabgas an, und das Brennstoffgas wird der Energieerzeugungskammer 215 zugeführt. Infolgedessen ist es möglich, das auf zur Energieerzeugung geeigneten Temperatur vorgewärmte Brennstoffgas ohne Verwendung einer Heizung oder dergleichen der Energieerzeugungskammer 215 zuzuführen.
  • Die untere Rohrplatte 225b ist an der Seitenplatte des unteren Gehäuses 229b derart befestigt, dass die untere Rohrplatte 225b, die untere Platte des unteren Gehäuses 229b und die untere Wärmedämmung 227b im Wesentlichen parallel zueinander zwischen der unteren Platte des unteren Gehäuses 229b und der unteren Wärmedämmung 227b sind. Die untere Rohrplatte 225b weist mehrere Löcher auf, die der Anzahl an in dem SOFC-Einsatz 203 vorgesehenen Zellenstapel 101 entsprechen, und die Zellenstapel 101 werden jeweils in die Löcher eingeführt. Die untere Rohrplatte 225b stützt den anderen Endabschnitt der mehreren Zellenstapel 101 luftdicht via einen oder beide des Dichtungselements 237b und einem Klebeelement und isoliert ferner den Brennstoffgas-Abgabekopf 219 und den Oxidationsgas-Zufuhrkopf 221 voneinander.
  • Die untere Wärmedämmung 227b ist an oberem Endabschnitt des unteren Gehäuses 229b derart angeordnet, dass die untere Wärmedämmung 227b, die untere Platte des unteren Gehäuses 229b und die untere Rohrplatte 225b im Wesentlichen parallel zueinander sind, und ist an der Seitenplatte des unteren Gehäuses 229b befestigt. Die untere Wärmedämmung 227b weist mehrere Löcher auf, die der Anzahl an in dem SOFC-Einsatz 203 vorgesehenen Zellenstapeln 101 entsprechen. Der Durchmesser des Lochs ist so eingestellt, dass er größer als der Außendurchmesser des Zellenstapels 101 ist. Die untere Wärmedämmung 227b beinhaltet den Oxidationsgas-Zufuhrspalt 235a, der zwischen der Innenfläche des Lochs und der Außenfläche des in die untere Wärmedämmung 227b eingeführten Zellenstapels 101 gebildet ist.
  • Die untere Wärmedämmung 227b trennt die Energieerzeugungskammer 215 und den Oxidationsgas-Zufuhrkopf 221 voneinander, die Temperatur der Atmosphäre um die untere Rohrplatte 225b steigt an und die Festigkeitsverschlechterung oder Zunahme der Korrosion aufgrund des sauerstoffhaltigen Gases in dem Oxidationsgas wird unterdrückt. Die untere Rohrplatte 225b und dergleichen bestehen aus einem hochtemperaturbeständigen metallischen Material, wie Inconel, jedoch wird eine thermische Verformung verhindert, da die untere Rohrplatte 225b und dergleichen der hohen Temperatur ausgesetzt sind und die Temperaturdifferenz in der unteren Rohrplatte 225b und dergleichen zunimmt. Die untere Wärmedämmung 227b führt das dem Oxidationsgas-Zufuhrkopf 221 zugeführte Oxidationsgas durch den Oxidationsgas-Zufuhrspalt 235a zu der Energieerzeugungskammer 215.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform strömen aufgrund der Struktur des oben beschriebenen SOFC-Einsatzes 203 das Brennstoffgas und das Oxidationsgas, während sie der Innenseite und der Außenseite des Zellenstapels 101 zugewandt sind. Dementsprechend tauscht das Brennstoffabgas, das die Energieerzeugungskammer 215 durchdrungen ist, Wärme mit dem Oxidationsgas aus, das der Energieerzeugungskammer 215 durch das Innere des Substratrohrs 103 zugeführt wird, wird auf eine Temperatur abgekühlt, bei der Verformung, wie Knicken der unteren Rohrplatte 225b und dergleichen aus metallischem Material nicht auftritt, und wird dem Brennstoffgas-Abgabekopf 219 zugeführt. Die Temperatur des Oxidationsgases steigt via den Wärmeaustausch mit dem Brennstoffabgas an und das Brennstoffgas wird der Energieerzeugungskammer 215 zugeführt. Infolgedessen ist es möglich, das Oxidationsgas, dessen Temperatur auf eine zur Energieerzeugung notwendige Temperatur angestiegen ist, ohne Verwendung einer Heizung oder dergleichen der Energieerzeugungskammer 215 zuzuführen.
  • Nachdem die in der Energieerzeugungskammer 215 erzeugte Gleichstromleistung in die Umgebung des Endabschnitts des Zellenstapels 101 durch den Bleifilm 115 aus Ni/YSZ oder dergleichen geleitet wurde, der in den mehreren Brennstoffzellen 105 vorgesehen ist, wird die Gleichstromleistung an einer Stromsammelstange (nicht dargestellt) des SOFC-Einsatzes 203 durch eine Stromsammelplatte (nicht dargestellt) gesammelt und wird zu der Außenseite jedes der SOFC-Einsätze 203 abgeführt. Die Gleichstromleistung, die von dem Stromerfassungsstab zu der Außenseite des SOFC-Einsatzes 203 geleitet wird, verbindet die erzeugte Energie jedes SOFC-Einsatzes 203 mit vorbestimmter Seriennummer und Parallelnummer, wird zu der Außenseite des SOFC-Moduls 201 geleitet, in vorbestimmte Wechselstromleistung via eine Energieumwandlungsvorrichtung (wie einen Wechselrichter), einen Energiekonditionierer und dergleichen (nicht dargestellt), umgewandelt und wird einem Energieverbraucher (zum Beispiel elektrischem Ladegerät oder einem Energieversorgungsnetz) zugeführt.
  • Eine schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 310 gemäß Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird beschrieben.
  • 4 zeigt eine schematische Konfiguration des Brennstoffzellensystems 310 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 4 dargestellt, beinhaltet das Brennstoffzellensystem 310 einen Turbolader 411 und SOFC 313. Die SOFC 313 ist durch Kombinieren eines oder mehrerer SOFC-Module (nicht dargestellt) konfiguriert und wird nachstehend einfach als „SOFC“ bezeichnet. Das Brennstoffzellensystem 310 verwendet die SOFC 313 zum Erzeugen von Leistung. Das Brennstoffzellensystem 310 wird von der Steuereinheit 20 gesteuert.
  • Der Turbolader 411 beinhaltet einen Kompressor 421 und eine Turbine 423, und der Kompressor 421 und die Turbine 423 sind durch eine Drehwelle 424 miteinander verbunden, um integral drehbar zu sein. Der Kompressor 421 wird durch Drehung der Turbine 423 drehend angetrieben, was später beschrieben wird. Die vorliegende Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem Luft als das Oxidationsgas verwendet wird und der Kompressor 421 Luft A komprimiert, die von einer Luftansaugleitung 325 angesaugt wird.
  • Die Luft A wird in den Kompressor 421 angesaugt, der den Turbolader 411 konfiguriert, und wird komprimiert, und die komprimierte Luft A wird als Oxidationsgas A2 der Kathode 113 der SOFC zugeführt. Ein Oxidationsabgas A3, nachdem es bei der chemischen Reaktion zur Energieerzeugung in der SOFC verwendet wurde, wird via eine Oxidationsabgasleitung 333 zu einer katalytischen Brennkammer (Brennkammer) 422 geleitet, ein Brennstoffabgas L3, das bei der chemischen Reaktion zur Energieerzeugung in der SOFC verwendet wird, wird durch ein Umwälzgebläse 348 angehoben, und ein Teil des Brennstoffabgases L3 wird rückgeführt und via Brennstoffgasumwälzleitung 349 Brennstoffgasleitung 341 zugeführt, und der andere Teil wird via Brennstoffabgasleitung 343 der katalytischen Brennkammer 422 zugeführt.
  • Auf diese Weise wird ein Teil des Brennstoffabgases L3 und des Oxidationsabgases A3 der katalytischen Brennkammer 422 zugeführt und führt stabil Verbrennung selbst bei relativ niedriger Temperatur durch Verwenden eines Verbrennungskatalysators in einer katalytischen Verbrennungseinheit (nicht dargestellt) (unten beschrieben) zur Erzeugung von Verbrennungsgas G durch.
  • Die katalytische Brennkammer 422 mischt das Brennstoffabgas L3, das Oxidationsabgas A3 und ein Brennstoffgas L1, falls erforderlich, und verbrennt das Mischgas in der katalytischen Verbrennungseinheit, um das Verbrennungsgas G zu erzeugen.Die katalytische Verbrennungseinheit ist mit einem Verbrennungskatalysator gefüllt, der beispielsweise Platin oder Palladium als eine katalytische Hauptkomponente enthält, und stabile Verbrennung ist bei relativ niedriger Temperatur und einer niedrigen Sauerstoffkonzentration möglich. Das Verbrennungsgas G wird der Turbine 423 durch eine Verbrennungsgas-Zuleitung 328 zugeführt. Die Turbine 423 wird durch die adiabatische Expansion des Verbrennungsgases G drehend angetrieben, und das Verbrennungsgas wird aus einer Verbrennungsabgasleitung 329 abgegeben.
  • Das Brennstoffgas L1 wird der katalytischen Brennkammer 422 zugeführt, indem die Strömungsrate mit einem Steuerventil 352 gesteuert wird. Das Brennstoffgas L1 ist brennbares Gas und beispielsweise Gas, das durch Verdampfen von Flüssigerdgas (liquefied natural gas, LNG) oder Erdgas, Stadtgas, Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffgasen, wie Methan (CH4), und Gas, das von einer Vergasungsanlage aus kohlenstoffhaltigen Rohstoffen (Erdöl, Kohle und dergleichen) erzeugt wird, erhalten wird. Das Brennstoffgas bedeutet Brennstoffgas, dessen Heizwert im Voraus so eingestellt wurde, dass er im Wesentlichen konstant ist.
  • Das Verbrennungsgas G, dessen Temperatur durch die Verbrennung in der katalytischen Brennkammer 422 erhöht wurde, wird durch die Verbrennungsgas-Zuleitung 328 zu der Turbine 423 geleitet, die den Turbolader 411 konfiguriert, und die Turbine 423 wird drehend angetrieben, um Drehkraft zu erzeugen. Durch Antreiben des Kompressors 421 mit dieser Drehkraft wird die von der Luftansaugleitung 325 angesaugte Luft A komprimiert, um komprimierte Luft zu erzeugen. Da die Energie der rotierenden Vorrichtung, die das Oxidationsgas (Luft) komprimiert und bläst, durch den Turbolader 411 erzeugt werden kann, kann die erforderliche zusätzliche Energie reduziert und die Energieerzeugungseffizienz des Energieerzeugungssystems verbessert werden.
  • Ein Wärmetauscher (regenerativer Wärmetauscher) 430 tauscht Wärme zwischen dem von der Turbine 423 abgegebenen Abgas und der von dem Kompressor 421 zugeführten Oxidationsgas A2 aus. Das Abgas wird durch Wärmeaustausch mit dem Oxidationsgas A2 gekühlt und dann durch einen Schornstein (nicht dargestellt) nach außen abgegeben, zum Beispiel durch Abhitzerückgewinnungsausrüstung 442.
  • Die SOFC 313 erzeugt Energie, indem sie bei vorbestimmter Betriebstemperatur reagiert, indem sie das Brennstoffgas L1 als Reduktionsmittel und das Oxidationsgas A2 als sauerstoffhaltiges Gas zuführt.
  • Die SOFC 313 besteht aus einem SOFC-Modul (nicht dargestellt) und nimmt ein Aggregat der mehreren Zellenstapel auf, die in dem Druckbehälter des SOFC-Moduls vorgesehen sind, und die Anode 109, die Kathode 113 und der Festelektrolytfilm 111 sind in dem Zellenstapel (nicht dargestellt) vorgesehen.
  • Die SOFC 313 erzeugt Energie, indem sie der Kathode 113 das Oxidationsgas A2 zuführt und der Anode 109 das Brennstoffgas L1 zuführt, die Energie via eine Energieumwandlungsvorrichtung (wie einen Wechselrichter), wie einen Energiekonditionierer (nicht dargestellt), in vorgegebene Energie umwandelt und die umgewandelte Energie an einen Energieverbraucher liefert.
  • Die SOFC 313 ist mit einer Oxidationsgas-Zuleitung 331 verbunden, um das von dem Kompressor 421 komprimierte Oxidationsgas A2 der Kathode 113 zuzuführen. Das Oxidationsgas A2 wird einer Oxidationsgas-Einleitungseinheit (nicht dargestellt) der Kathode 113 durch die Oxidationsgas-Zuleitung 331 zugeführt. Die Oxidationsgas-Zuleitung 331 ist mit einem Steuerventil 335 zum Anpassen der Strömungsrate der zugeführten Luft A2 versehen. In dem Wärmetauscher 430 tauscht das Oxidationsgas A2 Wärme mit dem Verbrennungsgas aus, das aus der Verbrennungsabgasleitung 329 abgegeben wird, und deren Temperatur steigt an. Weiterhin ist in der Oxidationsgas-Zuleitung 331 eine Wärmetauscher-Bypassleitung 332 vorgesehen, die den Wärmeübertragungsteil des Wärmetauschers 430 umgeht. In der Bypassleitung 332 für Wärmetauscher ist ein Steuerventil 336 vorgesehen, so dass die Bypass-Strömungsrate des Oxidationsgases reguliert werden kann. Durch Steuern der Öffnung des Steuerventils 335 und des Steuerventils 336 wird das Strömungsverhältnis des Oxidationsgases, das durch den Wärmetauscher 430 strömt, und des Oxidationsgases, das den Wärmetauscher 430 umgeht, reguliert, und die Temperatur des Oxidationsgases A2, das der SOFC 313 zugeführt werden soll, wird reguliert. Die Temperatur des der SOFC 313 zugeführten Oxidationsgases A2 hält eine Temperatur aufrecht, bei der das Brenngas der SOFC 313 und das Oxidationsgas elektrochemisch umgesetzt werden, um Energie zu erzeugen, und die obere Temperaturgrenze ist begrenzt, um die Materialien jeder Komponente in dem Inneren des SOFC-Moduls (nicht darstellt), das die SOFC 313 bildet, nicht zu beschädigen.
  • Die SOFC 313 ist mit der Oxidationsabgasleitung 333 verbunden, um das nach Verwendung durch die Kathode 113 abgegebene Oxidationsabgas A3 via die katalytische Brennkammer 422 der Turbine 423 zuzuführen. Die Oxidationsabgasleitung 333 ist mit einem Abluftkühler 351 versehen. Insbesondere ist in der Oxidationsabgasleitung 333 der Abluftkühler 351 auf der Stromaufwärtsseite einer Öffnung 441 vorgesehen, die später beschrieben wird, und das Oxidationsabgas A3 wird durch Wärmeaustausch mit dem Oxidationsgas A2 gekühlt, das durch die Oxidationsgas-Zuleitung 331 strömt.
  • Die Oxidationsabgasleitung 333 ist mit einer Druckverlusteinheit versehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Öffnung 441 als eine Druckverlusteinheit vorgesehen. Die Öffnung 441 fügt dem Oxidationsabgas A3, das durch die Oxidationsabgasleitung 333 strömt, einen Druckverlust hinzu. Die Druckverlusteinheit ist nicht auf die Öffnung 441 beschränkt, und es kann eine Drossel, wie beispielsweise ein VenturiRohr, vorgesehen werden, und es kann jedes Mittel verwendet werden, das in der Lage ist, dem Oxidationsabgas A3 Druckverlust hinzuzufügen. Als die Druckverlusteinheit kann beispielsweise ein zusätzlicher Brenner vorgesehen sein. Der zusätzliche Brenner verursacht Druckverlust in dem Oxidationsabgas, und der zusätzliche Brennstoff kann verbrannt werden, wenn Verbrennung erforderlich ist, die die Verbrennungskapazität der katalytischen Brennkammer 422 übersteigt. Daher kann dem Oxidationsabgas eine ausreichende Wärmemenge zugeführt werden. In dem Brennstoffzellensystem 310 wird die Druckdifferenz zwischen der Seite von Kathode 113 und der Seite von Anode 109 durch ein Regelventil 347 gesteuert, das in der Brennstoffabgasleitung 343 so vorgesehen ist, dass es innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, und somit ist es durch Hinzufügen eines Druckverlusts zu der Oxidationsabgasleitung 333, die in die Brennstoffabgasleitung 343 mündet, möglich, den Betriebsdifferenzdruck, der für stabile Steuerung des in der Brennstoffabgasleitung 343 vorgesehenen Regelventils 347 erforderlich ist, sicherzustellen.
  • Die Oxidationsabgasleitung 333 ist nicht mit einem Entlüftungssystem und einem Entlüftungsventil zum Ablassen des Oxidationsabgas A3 an die Atmosphäre (Außenseite des Systems) versehen. Zum Beispiel gibt es in einem Fall eines Energieerzeugungssystems, das die SOFC und die Gasturbine (zum Beispiel eine Mikrogasturbine) kombiniert, die das von der Kathode 113 abgegebene Oxidationsabgas A3 und das von der Anode 109 abgegebene Brennstoffabgas L3 verbrennt, einen Fall, in dem sich der Druckzustand des Oxidationsgases, das der Kathode 113 zugeführt wird, gemäß der Zustandsänderung der Mikrogasturbine zu dem Zeitpunkt von Anfahren oder Stopp ändert, und ferner besteht eine Möglichkeit, dass die Differenzdrucksteuerung zwischen der Anode 109 und der Kathode 113 aufgrund plötzlicher Druckschwankungen nicht erfolgreich wird. Daher wird in einem Fall, in dem aus irgendeinem Grund eine Abschaltung auftritt, der Generator der Mikrogasturbine entlastet, und es sind Schutzmaßnahmen für die Mikrogasturbine erforderlich. Daher sind ein Entlüftungssystem und ein Entlüftungsventil, die das Oxidationsabgas A3 nach außerhalb des Systems, beispielsweise in die Atmosphäre, abgeben, erforderlich. In der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch der Turbolader 411 verwendet, es gibt keinen Generator, der mit der Drehwelle kommuniziert, und die Last wird nicht aufgebracht. Da es keinen Fall gibt, in dem die Last während der Fahrt verschwindet, Überdrehung auftritt und der Druck stark ansteigt, kann der Differenzdruckzustand daher durch das Regelventil 347 stabil gesteuert werden, und somit kann ein Mechanismus (verbogenes System und Entlüftung) Ventil) zum Ablassen des Oxidationsabgases A3 an die Atmosphäre weggelassen werden.
  • Die SOFC 313 ist ferner mit der Brennstoffgasleitung 341 zur Zuführung des Brennstoffgases L1 zu einer Brenngaseinleitungseinheit (nicht dargestellt) der Anode 109 und mit der Brennstoffabgasleitung 343 zur Zuführung des Brennstoffabgases L3, das nach Verwendung für die Reaktion in der Anode 109 abgegeben wird, via die katalytische Brennkammer 422 zu der Turbine 423 verbunden. Die Brennstoffgasleitung 341 ist mit einem Steuerventil 342 zum Anpassen der Strömungsrate des der Anode 109 zugeführten Brennstoffgases L1 versehen.
  • Das Umwälzgebläse 348 ist in der Brennstoffabgasleitung 343 vorgesehen. Die Brennstoffabgasleitung 343 ist mit dem Regelventil 347 zum Regulieren der Strömungsrate eines Teils des Brennstoffabgases L3 versehen, das der katalytischen Brennkammer 422 zugeführt wird. Mit anderen Worten, das Regelventil 347 regelt den Druckzustand des Brennstoffabgases L3. Daher kann, wie später beschrieben wird, der Differenzdruck zwischen der Anode 109 und der Kathode 113 durch Steuern des Regelventils 347 mit der Steuereinheit 20 reguliert werden.
  • Eine Brennstoffabgas-Freigabeleitung 350, die das Abgas L3 an die Atmosphäre (außerhalb des Systems) abgibt, ist mit der Brennstoffabgasleitung 343 auf der Stromabwärtsseite des Umwälzgebläses 348 verbunden. Ein Absperrventil (Brennstoffentlüftungsventil) 346 ist an der Brennstoffabgas-Freigabeleitung 350 vorgesehen. Mit anderen Worten, durch Öffnen des Absperrventils 346 kann ein Teil des Brennstoffabgases L3 der Brennstoffabgasleitung 343 aus der Brennstoffabgas-Freigabeleitung 350 freigesetzt werden. Durch das Abführen des Brennstoffabgases L3 nach außerhalb des Systems kann der Überdruck schnell reguliert werden. In der Brennstoffabgasleitung 343 ist die Brennstoffgasumwälzleitung 349 zum Rückführen des Brennstoffabgases L3 zu der Brennstoffgaseinleitungseinheit der Anode 109 der SOFC 313 mit der Brennstoffgasleitung 341 verbunden.
  • Weiterhin ist die Brennstoffgasumwälzleitung 349 mit einer Versorgungsleitung 361 für gereinigtes Wasser zum Zuführen von gereinigtem Wasser zum Umformen des Brennstoffgases L1 an der Anode 109 versehen. Die Versorgungsleitung 361 für gereinigtes Wasser ist mit einer Pumpe 362 versehen. Durch Steuern der Abgabedurchflussrate der Pumpe 362 wird die Menge an gereinigtem Wasser, die der Anode 109 zugeführt wird, reguliert. Da während Energieerzeugung an der Anode Wasserdampf erzeugt wird, enthält das Brennstoffabgas L3 der Brennstoffabgasleitung 343 Wasserdampf. Daher wird der Wasserdampf rückgeführt und durch die Brennstoffgasumwälzleitung 349 zugeführt, und dementsprechend kann die Strömungsrate des durch die Versorgungsleitung 361 für gereinigtes Wasser zugeführten gereinigten Wassers verringert oder unterbrochen werden.
  • Als nächstes wird eine Konfiguration zum Freigeben des von dem Kompressor 421 abgegebenen Oxidationsgases beschrieben. Insbesondere ist in der Oxidationsgas-Zuleitung 331 auf der Stromabwärtsseite des Kompressors 421 eine Oxidationsgas-Blasleitung 444 vorgesehen, so dass das Oxidationsgas strömen kann, so dass es den Wärmetauscher 430 umgeht und freigesetzt wird. Ein Ende der Oxidationsgas-Blasleitung 444 ist mit der Stromaufwärtsseite des Wärmetauschers 430 der Oxidationsgas-Zuleitung 331 verbunden, und das andere Ende ist mit der Stromabwärtsseite des Wärmetauschers 430 der Verbrennungsabgasleitung 329, die die Stromabwärtsseite der Turbine 423 ist, verbunden. Ein Blasventil (Steuerventil) 445 ist an der Oxidationsgas-Blasleitung 444 vorgesehen. Mit anderen Worten, durch Öffnen des Blasventils 445 wird ein Teil des Oxidationsgases, das von dem Kompressor 421 abgegeben wird, durch den Kamin (nicht dargestellt) via die Oxidationsgas-Blasleitung 444 an die Atmosphäre außerhalb des Systems abgegeben.
  • Als nächstes wird die Konfiguration beschrieben, die zum Starten des Brennstoffzellensystems 310 verwendet wird. Die Oxidationsgas-Zuleitung 331 ist mit einem Steuerventil 451 auf der Stromabwärtsseite eines Verbindungspunkts mit der Oxidationsgas-Blasleitung 444 versehen, und die Stromabwärtsseite (Stromaufwärtsseite des Wärmetauschers 430) des Steuerventils 451 ist mit einer Anfahrluftleitung 454 mit einem Gebläse 452 zum Zuführen der Anfahrluft und einem Steuerventil 453 verbunden. Beim Durchführen des Anfahrens des Brennstoffzellensystems 310 schalten das Steuerventil 451 und das Steuerventil 453 auf das Oxidationsgas von dem Kompressor 421 um, während das Gebläse 452 die Anfahrluft an die Oxidationsgas-Zuleitung 331 liefert. In der Oxidationsgas-Zuleitung 331 ist eine Anfahrluft-Heizleitung 455 mit der Stromabwärtsseite (Stromaufwärtsseite des Steuerventils 335) des Wärmetauschers 430 via das Steuerventil 456 mit der Oxidationsabgasleitung 333 auf der Stromabwärtsseite des Abluftkühlers 351 und via ein Steuerventil 457 mit der Oxidationsgas-Zuleitung 331 (Einlassseite der Kathode 113) verbunden. Die Anfahrluft-Heizleitung 455 ist mit einer Anfahrheizung 458 versehen, und das Brennstoffgas L1 wird via ein Steuerventil 459 zugeführt, um das durch die Anfahrluft-Heizleitung 455 strömende Oxidationsgas zu erhitzen.
  • Das Steuerventil 457 reguliert die Strömungsrate des Oxidationsgases, das der Anfahrheizung 458 zugeführt wird, und steuert die Temperatur des Oxidationsgases, das der SOFC 313 zugeführt wird.
  • Das Brennstoffgas L1 wird auch der Kathode 113 via ein Steuerventil 460 zugeführt. Das Steuerventil 460 steuert beispielsweise die Strömungsrate des der Kathode 113 zugeführten Brennstoffgases L1, wenn das Brenngas L1 der Kathode 113 von der Stromabwärtsseite des Steuerventils 457 in der Anfahrluft-Heizleitung 455 zugeführt wird, wenn die SOFC 313 gestartet wird, und die Temperatur der Energieerzeugungskammer wird durch katalytische Verbrennung erhöht.
  • Die Steuereinheit 20 steuert das Anfahren des Brennstoffzellensystems 310. In dem Brennstoffzellensystem, das die SOFC und den Turbolader 411 kombiniert, kann der Turbolader 411 im Gegensatz beispielsweise zu einer Mikrogasturbine nicht unabhängig gestartet werden. Daher ist es erforderlich, die Anfahrluft von außen zuzuführen. Daher ist es zu dem Zeitpunkt von Anfahren erforderlich, die Zufuhr des Oxidationsgases, das der SOFC zugeführt wird, von der Anfahrluft auf das durch den Kompressor 421 des Turboladers 411 komprimierte Oxidationsgas umzuschalten. Daher steuert die Steuereinheit 20 das Steuerventil 451 und das Blasventil 445.
  • 5 zeigt ein Beispiel für eine Hardwarekonfiguration der Steuereinheit 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Wie in 5 dargestellt ist, ist die Steuereinheit 20 ein Computersystem (Informatiksystem) und enthält beispielsweise eine CPU 11, einen Festspeicher (ROM) 12 zum Speichern eines Programms oder dergleichen, das von der CPU 11 ausgeführt wird, einen Arbeitsspeicher (RAM) 13, der zum Zeitpunkt der Ausführung jedes Programms als ein Arbeitsbereich fungiert, ein Festplattenlaufwerk (HDD) 14 als eine Speichervorrichtung mit großer Kapazität und eine Kommunikationseinheit 15 zum Verbinden mit einem Netzwerk oder dergleichen. Als die Speichervorrichtung mit großer Kapazität kann ein Solid-State-Laufwerk (SSD) verwendet werden. Jedes dieser Teile ist via einen Bus 18 verbunden.
  • Die Steuereinheit 20 kann eine Eingabeeinheit enthalten, die eine Tastatur, eine Maus und dergleichen enthält; und eine Anzeigeeinheit mit einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung zum Anzeigen von Daten.
  • Das Speichermedium zum Speichern des von der CPU 11 ausgeführten Programms oder dergleichen ist nicht auf das ROM 12 beschränkt. Beispielsweise kann das Speichermedium eine andere Hilfsspeichervorrichtung sein, wie beispielsweise eine Magnetplatte, eine magnetooptische Platte oder ein Halbleiterspeicher.
  • Eine Reihe von Prozessen zum Realisieren verschiedener Funktionen (wird später beschrieben) wird auf dem Festplattenlaufwerk 14 oder dergleichen in Form eines Programms gespeichert, die CPU 11 liest das Programm in den RAM 13 oder dergleichen ein und führt Informationsverarbeitung und eine arithmetische Verarbeitung aus, und dementsprechend werden verschiedene Funktionen realisiert. Das Programm kann im Voraus in dem ROM 12 oder anderem Speichermedium installiert werden, in einem Zustand vorgesehen werden, in dem es auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert ist, oder via drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsmittel geliefert werden. Beispiele für das computerlesbare Speichermedium enthalten eine Magnetplatte, eine magnetooptische Platte, eine CD-ROM, eine DVD-ROM oder einen Halbleiterspeicher.
  • In einem Fall von Durchführen des Anfahrens verringert die Steuereinheit 20 die Öffnung des Blasventils 445, erhöht die Öffnung des Steuerventils 451 nach dem Zeitpunkt, zu dem die Verringerung der Öffnung des Blasventils 445 beginnt, verringert zu werden, und stoppt dann die Zufuhr der Anfahrluft in einem Zustand, in dem das Steuerventil 451 geschlossen ist und das Blasventil 445 geöffnet ist, um die Anfahrluft mit dem Gebläse 452 der Oxidationsgas-Zuleitung 331 zuzuführen.
  • Wie in 4 dargestellt, enthält die SOFC 313 die Kathode 113 und die Anode 109, und der Turbolader 411 enthält die Turbine 423, in der das Brennstoffabgas L3 und das Oxidationsabgas A3, die von der Brennstoffzelle abgegeben werden, durch die katalytische Brennkammer 422 verbrannt und als das Verbrennungsgas G zugeführt werden, sowie den Kompressor 421, der durch die sich drehende Turbine 423 drehend angetrieben wird. In einem Zustand, in dem die SOFC 313 und der Turbolader 411 auf diese Weise kombiniert sind, führt die Oxidationsgas-Zuleitung 331 das durch den Kompressor 421 komprimierte Oxidationsgas der Kathode 113 zu, und die Oxidationsgas-Zuleitung 331 ist mit dem Steuerventil 451 versehen. Dann ist ein Ende der Oxidationsgas-Blasleitung 444, die das Oxidationsgas via das Blasventil 445 nach außen aus dem System abgibt, mit der Stromaufwärtsseite (Auslassseite des Kompressors 421) des Steuerventils 451 in der Oxidationsgas-Zuleitung 331 verbunden. Dann wird ein Ende der Anfahrluftleitung 454 zum Zuführen der Anfahrluft zu der Oxidationsgas-Zufuhrleitung 331 mit dem Gebläse 452 mit der Stromabwärtsseite (zwischen dem Steuerventil 451 und dem Wärmetauscher 430) des Steuerventils 451 in der Oxidationsgas-Zuleitung 331 verbunden.
  • Beim Starten des Brennstoffzellensystems 310 ist es notwendig, den Turbolader 411 selbstversorgend zu machen. Daher wird zunächst die Turbine 423 durch die Anfahrluft drehend angetrieben. Obwohl die Details später beschrieben werden, wird daher in einem Fall von Anfahren das Steuerventil 451 geschlossen und das Blasventil 445 geöffnet, um die Anfahrluft der Oxidationsgasleitung zuzuführen, und das von dem Kompressor 421 des Turboladers 411, der nicht ausreichend selbstversorgend ist, abgegebene Oxidationsgas wird über die Oxidationsgas-Blasleitung 444 nach außen geleitet. Um den Turbolader 411 von einem solchen Zustand selbstversorgend zu machen, wird zunächst die Strömungsrate der durch die Oxidationsgas-Zuleitung 331 strömenden Anfahrluft reduziert und dann die Strömungsrate des Oxidationsgases, das durch den Kompressor 421 komprimiert wird, das durch die Oxidationsgas-Zuleitung 331 strömt, erhöht. Danach wird das Umschalten durchgeführt. Mit anderen Worten, wie in 6 dargestellt, wird die Öffnung des Blasventils 445 verringert und die Öffnung des Steuerventils 451 erhöht. Nachdem das Umschalten abgeschlossen ist, wird die Zufuhr von Anfahrluft gestoppt.
  • In einem Fall, in dem die Steuerung von jedem Ventil nicht richtig durchgeführt wird und der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 in der Oxidationsgas-Zuleitung 331 niedriger wird als der Druck eines Verbindungsabschnitts P1 zwischen der Anfahrluftleitung 454 und der Oxidationsgas-Zuleitung 331 besteht eine Möglichkeit, dass das Oxidationsgas und die Anfahrluft zu dem Kompressor 421 zurückströmen. Daher steuert die Steuereinheit 20 das Anfahren so, dass kein Rückfluss auftritt.
  • Insbesondere verringert die Steuereinheit 20 die Öffnung des Blasventils 445 in einem Fall, in dem die Drehzahl des Turboladers 411 gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert ist oder wenn die Temperatur des der Turbine 423 zugeführten Verbrennungsgases gleich oder höher ist als eine vorbestimmte Temperatur. Mit anderen Worten, in einem Fall, in dem angenommen wird, dass die Drehzahl des Turboladers 411 zunimmt und der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 ausreichend ansteigt, beginnt sich die Öffnung des Blasventils 445 zu verringern. 6 stellt ein Beispiel für den Öffnungs- und Schließsteuerzustand des Steuerventils 451 und des Blasventils 445 dar. Die Steuereinheit 20 beginnt zum Zeitpunkt T1 das Blasventil 445 zu schließen.
  • Dann beginnt die Steuereinheit 20, die Öffnung des Steuerventils 451 zu erhöhen, nachdem eine vorbestimmte Zeit (ΔT in 6) von T1 verstrichen ist, was der Zeitpunkt ist, zu dem die Öffnung des Blasventils 445 zu verringern beginnt. Indem man hier eine vorbestimmte Zeit von der Öffnungssteuerung (Beginn von Schließvorgang) des Blasventils 445 bis zu der Öffnungssteuerung (Beginn von Öffnungsvorgang) des Steuerventils 451 verstreichen lässt, kann der Rückfluss des Oxidationsgases und der Anfahrluft wirksam unterdrückt werden. Dann schließt sich, wie in 6 dargestellt, das Blasventil 445 im Laufe der Zeit bis zu einer vollständig geschlossenen Öffnung, und das Steuerventil 451 öffnet sich, bis die Öffnung eine vorbestimmte Öffnung erreicht (zum Beispiel eine Öffnung, die Auslegungsströmungsrate entspricht) im Laufe der Zeit. Mit anderen Worten, das Blasventil 445 und das Steuerventil 451 werden zwischen dem offenen und geschlossenen Zustand durch gegenseitige Steuerung, die einen vorbestimmten Zeitintervall T aufweist, zu Beginn von Betrieb von jedem Ventil umgeschaltet. Die Öffnung des Blasventils 445 und des Steuerventils 451 ist nicht auf diesen Fall beschränkt, in dem die Öffnung mit einer konstanten Änderungsrate erhöht oder verringert wird, wie in 6 dargestellt. Zum Beispiel wird die Öffnung des Blasventils 445 und des Steuerventils 451 so eingestellt, dass sie sich schnell öffnen und schließen, wenn die Öffnung groß ist, und dass sie sich allmählich öffnen und schließen, wenn die Öffnung klein ist, je nach den Eigenschaften der Ventile, und insgesamt darf die mit Öffnen und Schließen verbundene Gesamtbetriebszeit nicht verlängert werden. Als eine allgemeine Eigenschaft eines Ventils ist, wenn die Ventilöffnung klein ist, die Änderung der durchfließenden Strömungsrate in Bezug auf die Ventilöffnung empfindlich, und somit kann stabiler Betrieb durch allmähliches Öffnen und Schließen erhalten werden.
  • Auf diese Weise wird zu jedem Steuerstartzeitpunkt der Schließsteuerung des Blasventils 445 und der Öffnungssteuerung des Steuerventils 451 das Zeitintervall (Zeitdifferenz) ΔT vorgesehen. Da das Blasventil 445 zunächst zu schließen beginnt und der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 zunimmt und dann das Steuerventil 451 sich zu öffnen beginnt, ist es auf diese Weise möglich, Umschalten durchzuführen, während der Rückfluss effektiver unterdrückt wird.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zum Starten des Brennstoffzellensystems 310 unter Bezugnahme auf die 7 bis 10 beschrieben. Insbesondere stellt 7 einen Fall dar, in dem Leitungsspülung vor dem Anfahren durchgeführt wird, 8 stellt einen Fall dar, in dem die Anfahrheizung 458 gezündet wird, 9 stellt einen Fall dar, in dem die katalytische Brennkammer 422 gezündet wird, und 10 stellt einen Fall dar, in dem der Turbolader 411 selbstversorgend ist.
  • Zunächst wird, wie in 7 dargestellt, die Leitungsspülung vor Anfahren durchgeführt.
  • Insbesondere werden das Steuerventil 443, das Steuerventil 453, das Blasventil 445, das Steuerventil 335, das Steuerventil 456 und das Regelventil 347 geöffnet und die anderen Ventile werden geschlossen. In 7 ist das Ventil im geöffneten Zustand von „○“ umgeben. Mit anderen Worten, Stickstoff wird auf der Seite von Anode 109 durch Öffnen des Steuerventils 443 abgelassen. Dann startet das Gebläse 452 und die Anfahrluft wird der Seite von Kathode 113 zugeführt und durch Öffnen des Steuerventils 453 und des Steuerventils 335 belüftet. Dementsprechend wird die SOFC 313 gespült. Wenn das Steuerventil 456 geöffnet wird, leitet die Anfahrluft die SOFC 313 um und wird via die Anfahrheizung 458 zu der katalytischen Brennkammer 422 gelüftet. Dementsprechend wird die Turbine 423 durch die Anfahrluft in Drehung versetzt. Wenn sich die Turbine 423 dreht, beginnt sich der koaxial verbundene Kompressor 421 zu drehen. Der Kompressor 421 komprimiert das Oxidationsgas, und das komprimierte Oxidationsgas wird durch die Oxidationsgas-Blasleitung 444 nach außerhalb des Systems abgegeben, wenn das Blasventil 445 geöffnet ist. Pumpen des Kompressors 421 wird verhindert, indem er nach außerhalb des Systems abgegeben wird. Pumpen ist ein anormaler Zustand, bei dem der Druck an dem Auslass des Kompressors 421 erhöht wird und der Kompressor 421 abwürgt oder die komprimierte Luft zurückströmt. Die Differenzdrucksteuerung zwischen der Anode 109 und der Kathode 113 wird durch das Regelventil 347 durchgeführt.
  • Als nächstes, wenn das Spülen der SOFC 313 abgeschlossen ist, wird die Anfahrheizung 458 gezündet, wie in 8 dargestellt.
  • Insbesondere werden das Steuerventil 342, das Steuerventil 453, das Blasventil 445, das Steuerventil 335, das Steuerventil 456, das Steuerventil 459 und das Regelventil 347 geöffnet und die anderen Ventile werden geschlossen. In 8 ist das Ventil in dem geöffneten Zustand von „○“ umgeben. Das Steuerventil 457 kann situationsabhängig geöffnet werden. Mit anderen Worten, nach Abschluss der Spülung wird das Steuerventil 456 gedrosselt und das Steuerventil 335 wird geöffnet, um die Durchflussrate der der katalytischen Brennkammer 422 zugeführten Anfahrluft durch Umleiten der SOFC 313 zu verringern und um die der SOFC 313 zugeführte Anfahrluft zu erhöhen. Auf der Seite von Anode 109 wird das Steuerventil 443 geschlossen, um die Stickstoffzufuhr zu stoppen, und das Steuerventil 342 wird geöffnet, um die Zufuhr des Brennstoffgases L1 zu starten. In diesem Stadium wird die katalytische Brennkammer 422 nicht gezündet und das Gas, das die katalytische Brennkammer 422 passiert hat, ohne verbrannt zu werden, wird aus der Verbrennungsabgasleitung 329 via die Turbine 423 nach außerhalb des Systems abgegeben. Die Differenzdrucksteuerung zwischen der Anode 109 und der Kathode 113 wird durch das Regelventil 347 durchgeführt. Dann wird ein Teil des Brennstoffgases L1 von dem Steuerventil 459 zugeführt, um die Anfahrheizung 458 zu zünden, und die Temperatur der Anfahrluft wird erhöht. Dementsprechend wird die Einlasstemperatur der Turbine 423 erhöht und der Druck innerhalb des Systems wird erhöht.
  • Als nächstes wird, wie in 9 dargestellt, die katalytische Brennkammer 422 gezündet.
  • Insbesondere werden das Steuerventil 342, das Steuerventil 453, das Blasventil 445, das Steuerventil 335, das Steuerventil 456, das Steuerventil 459, das Steuerventil 352 und das Regelventil 347 geöffnet und die anderen Ventile werden geschlossen. In 9 ist das Ventil in dem geöffneten Zustand von „○“ umgeben. Mit anderen Worten, die Anfahrluft von ungefähr 400°C bis 500°C wird der katalytischen Brennkammer 422 in einem Zustand zugeführt, in dem das Steuerventil 456 leicht geöffnet ist (ungefähr 20 % der Anfahrluftmenge) und die Anfahrluft, die von der SOFC 313 via das Regelventil 457 gemischt und zugeführt werden. Dementsprechend wird die Temperatur der katalytischen Brennkammer 422 erhöht. Wenn die Einlasstemperatur der katalytischen Brennkammer 422 eine spezifizierte Temperatur erreicht (zum Beispiel 300°C bis 400°C), wird das Brennstoffgas L1 der katalytischen Brennkammer 422 via das Steuerventil 352 zugeführt. Wenn das Brennstoffgas L1 zugeführt wird, wird das Steuerventil 352 vorübergehend auf eine bestimmte Öffnung gehalten und Zündung wird durch Beobachten eines Anstiegs der Auslasstemperatur der katalytischen Brennkammer 422 bestätigt. Dann wird das Steuerventil 352 einer Öffnungssteuerung (Strömungsratensteuerung des Brennstoffgases L1) gemäß der Auslasstemperatur der katalytischen Brennkammer 422 unterzogen.
  • Als nächstes ist, wie in 10 dargestellt, der Turbolader 411 selbstversorgend.
  • Insbesondere werden das Steuerventil 342, das Steuerventil 453, das Steuerventil 335, das Steuerventil 456, das Steuerventil 459, das Steuerventil 352 und das Regelventil 347 geöffnet und die anderen Ventile werden geschlossen. In 10 ist das Ventil in dem geöffneten Zustand von „○“ umgeben. Das Blasventil 445 wird in einer Schließrichtung gesteuert und das Steuerventil 451 wird in einer Öffnungsrichtung gesteuert. Mit anderen Worten, in einem Fall, in dem die erforderliche Voraussetzung für Selbstversorgung des Turboladers 411 erfüllt ist, wird das Blasventil 445 allmählich geschlossen und das Steuerventil 451 wird allmählich geöffnet. Die erforderliche Voraussetzung für Selbstversorgung ist ein Fall, in dem die Drehzahl des Turboladers 411 gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert ist und die Temperatur (die Auslasstemperatur der katalytischen Brennkammer 422) des der Turbine 423 zugeführten Verbrennungsgases G gleich oder höher als die vorbestimmte Temperatur ist. Mit anderen Worten, wie in 6 dargestellt, werden das Blasventil 445 und das Steuerventil 451 gegenseitig gesteuert. Dementsprechend wird die Strömungsrate des nach außerhalb des Systems abgegebenen Oxidationsgases verringert. In einem Zustand, in dem die gegenseitige Steuerung durchgeführt wird, wird der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 in einem Zustand beibehalten, in dem er höher ist als der Druck des Verbindungsabschnitts P1. Wenn die gegenseitige Steuerung endet, wird das Blasventil 445 vollständig geschlossen und das Steuerventil 451 erreicht eine vorbestimmte Öffnung (zum Beispiel vollständig geöffneten Zustand), das Steuerventil 453 wird geschlossen, das Gebläse 452 wird gestoppt und die Zufuhr von Anfahrluft endet. Es ist bevorzugt, dass die Zufuhrmenge der Anfahrluft gemäß der Erhöhung der Drehzahl des Turboladers 411 und der Erhöhung der Auslasstemperatur der katalytischen Brennkammer 422 erhöht wird. Dementsprechend wird die Turbine 423 durch das von dem Kompressor 421 komprimierte Oxidationsgas gedreht, um den Kompressor 421 drehend anzutreiben, und somit ist der Turbolader 411 in einem selbstversorgenden Betriebszustand.
  • Als nächstes, nachdem der Turbolader 411 selbstversorgend geworden ist, wird jedes Ventil gesteuert, um den Temperaturanstieg fortzusetzen. Als ein spezifisches Beispiel in der vorliegenden Ausführungsform wird die Einlasstemperatur der katalytischen Brennkammer 422 durch das Steuerventil 456 für das Oxidationsgas gesteuert. Für das Brennstoffgas L1 wird die Auslasstemperatur der katalytischen Brennkammer 422 durch das Steuerventil 352 gesteuert. Das Steuerventil 457 steuert die Luftströmungsrate, die durch die Anfahrheizung 458 strömt. Das Steuerventil 459 reguliert die Strömungsrate des Brennstoffgases L1, das der Anfahrheizung 458 zugeführt wird, um die Auslasstemperatur der Anfahrheizung 458 zu steuern. Das Steuerventil 335 weist eine programmierte Öffnung auf und wird gemäß der Drehzahl oder der Einlasstemperatur des Turboladers 411 eingestellt. Das Steuerungsziel und das Steuerungsobjekt sind nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt. Auf diese Weise wird die Temperatur von jedem Teil des Turboladers 411 erhöht, nachdem er selbstversorgend geworden ist.
  • In anderen Fällen wird die Temperatur erhöht und der Druck erhöht. Zum Beispiel wird, wie in 11 dargestellt, jeder Prozess durchgeführt. Die Reihenfolge von jedem Prozess in 11 ist nicht auf den in 11 dargestellten Fall beschränkt.
  • Insbesondere in einem Fall, in dem die Einlassbrennstofftemperatur der SOFC 313 gleich oder höher als die spezifizierte Temperatur ist und die Temperatur der Energieerzeugungskammer 215 der SOFC 313 gleich oder höher als die spezifizierte Temperatur ist, nachdem der Turbolader 411 selbstversorgend geworden ist, wird der für die Anode zugeführte Gaszustand von dem Gas zum Zeitpunkt von Stoppen oder von Spülung umgeschaltet (ST1).
  • Verbrennung der Energieerzeugungskammer 215 der SOFC 313 wird gestartet (ST2). Insbesondere in einem Fall, in dem die Temperatur (zum Beispiel die maximale Temperatur unter mehreren Messpunkten) der Energieerzeugungskammer 215 die spezifizierte Temperatur erreicht, wird das Steuerventil 460 geöffnet und eine kleine Strömungsrate von Brennstoffgas L1 an die Kathode 113 zugeführt, um die Verbrennung der Energieerzeugungskammer 215 zu starten, und die Temperatur der Energieerzeugungskammer 215 der SOFC 313 wird weiter erhöht. An der Kathode 113, in die die Luft und das Brennstoffgas L1 strömen, wird das Brennstoffgas L1 an der Kathode 113 durch die katalytische Reaktion der Kathode 113 katalytisch verbrannt, um die Kathode 113 unter Verwendung der durch Verbrennung erzeugten Wärme anzuheben.
  • Die Anfahrheizung 458 wird gestoppt (ST3) . Insbesondere wenn die Temperatur des Oxidationsgases an dem Einlass auf der Seite von Kathode 113 die spezifizierte Temperatur erreicht (oder wenn die Temperatur der Energieerzeugungskammer 215 die spezifizierte Temperatur erreicht), wird die Öffnung des Steuerventils 457 in die Schließrichtung gesteuert, und in einem Fall, in dem die der Anfahrheizung 458 zugeführte Luftströmungsrate bis zum Erreichen der zulässigen Untergrenze der Anfahrheizung 458 reduziert wird, wird die Anfahrheizung 458 gestoppt. Mit anderen Worten, nachdem der Turbolader selbstversorgend wird, wird die durch die Anfahrheizung 458 erwärmte Luft der SOFC 313 zugeführt, und die Temperatur wird erhöht, bis die Temperatur des Oxidationsgases, das der Kathode 113 zugeführt wird, oder die Temperatur der Energieerzeugungskammer 215 die angegebene Temperatur erreicht.
  • Dann wird, nachdem der Anfahrzustand des Brennstoffzellensystems 310 durch jede Steuerung wie oben beschrieben reguliert wird, die Energieerzeugung gestartet. Insbesondere nachdem die Temperatur (zum Beispiel die niedrigste Temperatur unter den Temperaturen an den mehreren Messpunkten) der Energieerzeugungskammer 215 die spezifizierte Temperatur (zum Beispiel 750°C) erreicht hat und die Betriebszustände der Anode 109 und der Kathode 113 die vorbestimmten Bedingungen erreicht haben, wird das Steuerventil 342 zum Zuführen von Brennstoffgas geöffnet, um das Brennstoffgas L1 der Anode 109 zuzuführen, die Pumpe 362 der Versorgungsleitung 361 für gereinigtes Wasser wird angetrieben, um gereinigtes Wasser an die Anode 109 zuzuführen, und die SOFC 313 beginnt mit der Energieerzeugung. Die Temperatur der Energieerzeugungskammer 215 wird durch Wärme erhöht, die sowohl durch katalytische Verbrennung durch Hinzufügen und Zuführen des Brennstoffgases L1 zu der Kathode 113 als auch durch Wärme, die durch beide Energieerzeugung erzeugt wird. Nachdem die Temperatur von Energieerzeugungskammer der SOFC 313 angestiegen ist, bis die Temperatur durch Eigenerwärmung mittels Energieerzeugung aufrechterhalten werden kann, wird die Zufuhrmenge des Brennstoffgases L1, das der Kathode 113 zugesetzt und zugeführt wird, allmählich reduziert und zum Beispiel wird die Steuerung so durchgeführt, dass die Zugabe und Zufuhr des Brennstoffgases L1 zur Kathode 113 gleichzeitig Null wird, wenn die Ziellast erreicht ist. Wenn dann beispielsweise der Modus in den Lastanstiegsmodus umgeschaltet wird, erreicht die Temperatur der Energieerzeugungskammer 215 der SOFC 313 die Zieltemperatur, und die Last erreicht die Ziellast, wie die Nennlast, und das Anfahren ist vollendet.
  • Dementsprechend wird das Brennstoffzellensystem 310 gestartet.
  • Als nächstes wird ein Beispiel des Zustandsübergangs bei Anfahren beschrieben. 12 stellt den Übergang eines Zustands der Temperatur auf der Auslassseite des Kompressors 421, der Öffnung des Blasventils 445 und des Drucks im System im Laufe der Zeit dar. Der Druck in dem System ist beispielsweise der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421.
  • Wird das Gebläse 452 gestartet und die Anfahrluft zugeführt, wird dadurch der Druck in dem System erhöht. Gleichzeitig wird auch die Temperatur auf der Auslassseite des Kompressors 421 erhöht. Dann, wenn die oben beschriebene erforderliche Voraussetzung für Selbstversorgung des Turboladers 411 erfüllt ist, wird das Blasventil 445 allmählich geschlossen. Das Steuerventil 451 wird auch in Öffnungsrichtung durch die gegenseitige Steuerung gesteuert, wie in 6 dargestellt. Wenn die Auslasstemperatur des Kompressors 421 eine vorbestimmte Temperatur erreicht, wird das Blasventil 445 vollständig geschlossen, und der Druck in dem System erreicht den vorbestimmten Druck, und der Turbolader 411 wird selbstversorgend.
  • Als nächstes wird ein Beispiel von Steuerung in Bezug auf die Selbstversorgung des Turboladers 411 durch die oben beschriebene Steuereinheit 20 unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. 13 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Steuerprozedur in Bezug auf die Selbstversorgung des Turboladers 411 darstellt. Der in 13 dargestellte Ablauf wird in einem Fall des Durchführens von Anfahren, beispielsweise in einem Fall des Durchführens einer gegenseitigen Steuerung in einem Zustand ausgeführt, in dem das Steuerventil 451 geschlossen ist und das Blasventil 445 geöffnet ist, um die Anfahrluft mit dem Gebläse 452 der Oxidationsgas-Zuleitung 331 zuzuführen.
  • Zunächst wird bestimmt, ob die erforderliche Voraussetzung für Selbstversorgung erfüllt ist oder nicht (S101). Die erforderliche Voraussetzung für Selbstversorgung ist ein Fall, in dem die Drehzahl des Turboladers 411 gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert ist und die Temperatur des der Turbine 423 zugeführten Verbrennungsgases gleich oder höher als die vorbestimmte Temperatur ist.
  • In einem Fall, in dem die erforderliche Voraussetzung für Selbstversorgung nicht erfüllt ist (NEIN-Bestimmung in S101), wird S101 erneut ausgeführt.
  • In einem Fall, in dem die erforderliche Voraussetzung für Selbstversorgung erfüllt ist (JA-Bestimmung in S101), beginnt die Öffnung des Blasventils 445 verringert zu werden (S102).
  • Dann wird bestimmt, ob die vorbestimmte Zeit verstrichen ist oder nicht (S103). In einem Fall, in dem das Zeitintervall (vorbestimmte Zeit) ΔT noch nicht verstrichen ist (NEIN-Bestimmung in S103), wird S103 erneut ausgeführt.
  • In einem Fall, in dem die vorbestimmte Zeit verstrichen ist (JA-Bestimmung in S103), beginnt die Öffnung des Steuerventils 451 erhöht zu werden (S104).
  • Auf diese Weise werden das Blasventil 445 und das Steuerventil 451 gegenseitig gesteuert.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß dem Brennstoffzellensystem und dem Verfahren zum Starten desselben gemäß der vorliegenden Ausführungsform in dem Brennstoffzellensystem 310, in dem die SOFC 313 und der Turbolader 411 kombiniert sind, der Turbolader 411, anders als beispielsweise die Gasturbine, nicht unabhängig gestartet werden, und somit wird der Turbolader 411 unter Verwendung der aus der Anfahrluftleitung 454 zugeführten Anfahrluft gestartet. Dann, nachdem angenommen wird, dass der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 ausreichend erhöht ist, wird unter Verwendung des Steuerventils 451, das an der Oxidationsgas-Zuleitung 331 vorgesehen ist, und des Blasventils 445, das an der Oxidationsgas-Blasleitung 444 vorgesehen ist, die das Oxidationsgas nach außerhalb des Systems abgibt, das Oxidationsgas, das durch die Oxidationsgas-Zuleitung 331 fließt, auf das Oxidationsgas umgeschaltet, das von dem Kompressor 421 aus der Anfahrluft komprimiert wird, und wird ausgesendet. Insbesondere wird aus dem Zustand, in dem das Steuerventil 451 geschlossen ist und das Blasventil 445 geöffnet ist, um die Anfahrluft mit dem Gebläse 452 der Oxidationsgas-Zuleitung 331 zuzuführen (das heißt, ein Zustand, in dem die Anfahrluft strömt), durch Öffnen des Steuerventils 451 (gegenseitige Steuerung), während die Öffnung des Blasventils 445 verringert wird, auf das von dem Kompressor 421 komprimierte und ausgesandte Oxidationsgas umgeschaltet. Wenn das Umschalten auf diese Weise durchgeführt wird, indem die Öffnung des Steuerventils 451 nach dem Zeitpunkt erhöht wird, zu dem die Öffnung des Blasventils 445 verringert zu werden beginnt, und indem eine Zeitdifferenz zwischen dem Beginn des Betriebs des Blasventils 445 und des Steuerventils 451 vorgesehen wird, der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 in der Oxidationsgas-Zuleitung 331 nicht niedriger als der Druck an dem Verbindungsabschnitt P1 zwischen der Anfahrluftleitung 454 und der Oxidationsgas-Zuleitung 331 wird, und der Rückfluss des Oxidationsgases und der Anfahrluft effektiver unterdrückt werden kann. Mit anderen Worten, da das Steuerventil 451 in einem Zustand geöffnet wird, in dem die Öffnung des Blasventils 445 verringert ist und der Druck auf der Stromaufwärtsseite (Auslassseite des Kompressors 421) des Steuerventils 451 erhöht ist, kann das Umschalten stabiler durchgeführt werden. Dadurch kann das Anfahren selbst in einem Fall, in dem die SOFC 313 und der Turbolader 411 kombiniert sind, stabiler durchgeführt werden.
  • Durch Erhöhen der Öffnung des Steuerventils 451 nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ab dem Zeitpunkt, an dem die Öffnung des Blasventils 445 verringert zu werden beginnt, ist es möglich, den Rückfluss des Oxidationsgases und der Anfahrluft effektiver zu unterdrücken.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem und dem Verfahren zum Starten desselben gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Temperatur oder der Druck der SOFC 313 gleichzeitig mit dem Anfahren des Turboladers 411 erhöht. Zum Zeitpunkt des Anfahrstarts als ein Spülschritt der SOFC 313 weist das Steuerventil 456 eine vorbestimmte Öffnung auf, die Anfahrluft leitet die SOFC 313 um, wird via die Anfahrheizung 458 zu der katalytische Brennkammer 422 gelüftet und wird der Turbine 423 zugeführt, und dementsprechend beginnt die Turbine 423 durch die Anfahrluft drehend angetrieben zu werden. Die SOFC 313 wird mit dem Steuerventil 335 bei der spezifizierten Öffnung belüftet. Nachdem der Spülschritt abgeschlossen ist, wird die Öffnung des Steuerventils 335 verringert und die Öffnung des Steuerventils 456 wird erhöht. Das Brennstoffgas L1 wird von dem Steuerventil 459 zugeführt, um die Anfahrheizung 458 zu zünden und die Temperatur der Anfahrluft zu erhöhen. Das Steuerventil 456 wird gedrosselt, und das Steuerventil 335 wird geöffnet, um die Durchflussrate der der katalytischen Brennkammer 422 zugeführten Anfahrluft durch Umleiten der SOFC 313 zu verringern und um die der SOFC 313 zugeführte Anfahrluft zu erhöhen. Danach wird das Brennstoffgas L1 von dem Steuerventil 459 zugeführt, um die Anfahrheizung 458 zu zünden und die Temperatur der Anfahrluft zu erhöhen. Dementsprechend wird die Einlasstemperatur der Turbine 423 erhöht, die Drehzahl des Turboladers 411 wird erhöht und der Druck innerhalb des Systems wird erhöht. Ferner wird das Brennstoffgas L1 via das Steuerventil 352 der katalytischen Brennkammer 422 zugeführt.
  • Dementsprechend wird, wenn die Drehzahl des Turboladers 411 gleich oder höher als der vorbestimmte Wert ist und die Temperatur (die Auslasstemperatur der katalytischen Brennkammer 422) des Verbrennungsabgases G, das der Turbine 423 zugeführt wird, gleich oder höher als die vorbestimmte Temperatur ist, eine gegenseitige Steuerung durchgeführt, um das Steuerventil 451 in der Öffnungsrichtung zu steuern, nachdem eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, seitdem eine Steuerung des Blasventils 445 in der Schließrichtung begonnen wurde. Wenn das Blasventil 445 vollständig geschlossen ist und das Steuerventil 451 eine vorbestimmte Öffnung erreicht (zum Beispiel Öffnung einer Auslegungsdurchflussrate) wird das Steuerventil 453 geschlossen, das Gebläse 452 wird gestoppt und die Zufuhr von Anfahrluft endet. Mit anderen Worten, die Turbine 423 wird durch das von dem Kompressor 421 komprimierte Oxidationsgas gedreht, um den Kompressor 421 drehend anzutreiben, und somit ist der Turbolader 411 in einem unabhängigen Betriebszustand.
  • Danach, wenn die Temperatur der Energieerzeugungskammer 215 die spezifizierte Temperatur erreicht, öffnet die SOFC 313 das Steuerventil 460, um der Kathode 113 eine geringe Durchflussrate des Brennstoffgases L1 zuzuführen, das Brennstoffgas L1 wird durch die katalytische Wirkung der Kathode 113 katalysiert und verbrannt, und die Temperatur der Energieerzeugungskammer 215 wird erhöht.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • Als nächstes werden das Brennstoffzellensystem und das Verfahren zum Starten des Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem das Steuerventil 451 und das Blasventil 445 unterschiedlich gesteuert werden. Nachstehend werden das Brennstoffzellensystem und das Verfahren zum Starten des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich in Bezug auf Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Wie in 14 dargestellt, weist das Brennstoffzellensystem 310 in der vorliegenden Ausführungsform die gleiche Konfiguration wie in 4 der ersten Ausführungsform auf. 14 stellt einen Ausschnitt der Konfiguration um den Turbolader 411 dar, die anderen Konfigurationen sind die gleichen wie die in 4. In der ersten Ausführungsform wird das Blasventil 445 geschlossen zu werden begonnen, nachdem die erforderliche Voraussetzung für Selbstversorgung erfüllt ist, aber in der vorliegenden Ausführungsform wird das Blasventil 445 früher geschlossen zu werden begonnen. Dementsprechend wird Energieverlust verringert.
  • Insbesondere verringert die Steuereinheit 20 die Öffnung des Blasventils 445, nachdem eine vorbestimmte Zeit ab dem Beginn von Drehung des Turboladers 411 verstrichen ist. Wie in 15 dargestellt, beginnt die Drehung des Turboladers 411, nachdem das Gebläse 452 gestartet wurde. Daher beginnt das Blasventil 445 nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ΔT2 ab dem Beginn der Drehung des Turboladers 411 geschlossen zu werden.
  • Mit anderen Worten, die Steuereinheit 20 beginnt, die Öffnung des Blasventils 445 vor dem Zeitpunkt (T2 in 15) zu verringern, wenn der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 den Druck des Verbindungsabschnitts P1 erreicht. Daher wird die vorbestimmte Zeit ΔT2 im Voraus als die Zeit eingestellt, bevor der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 den Druck (das heißt den Druck des Gebläses 452) des Verbindungsabschnitts P1 erreicht, nachdem der Turbolader 411 in dem Brennstoffzellensystem 310 sich zu drehen beginnt.
  • Dann, in einem Fall, in dem der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 einen vorbestimmten eingestellten Druck PS erreicht, der gleich oder höher als der Druck des Verbindungsabschnitts P1 ist, beginnt die Öffnung des Steuerventils 451 sich zu erhöhen. Insbesondere beginnt das Steuerventil 451 zu dem Zeitpunkt (T2 in 15) geöffnet zu werden, wenn der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 den Druck PS wird, der gleich oder höher als der Druck des Verbindungsabschnitts P1 ist. Dann wird Steuerung durchgeführt, um die Öffnung des Blasventils 445 zu verringern und die Öffnung des Steuerventils 451 zu erhöhen, so dass der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 gleich PS ist. Dann, im Laufe der Zeit, erhöht sich die Drehzahl des Turboladers 411, das Blasventil 445 wird vollständig geschlossen, und das Steuerventil 451 erreicht eine vorbestimmte Öffnung (zum Beispiel die Öffnung der Auslegungsdurchflussrate) (T3 in 15). Auf diese Weise wird in 15 während der Periode von T2 bis T3 gegenseitige Steuerung zwischen dem Blasventil 445 und dem Steuerventil 451 durchgeführt.
  • Dann beginnt die Steuereinheit 20, die Zufuhrmenge der Anfahrluft bei T3 zu verringern, wenn das Blasventil 445 vollständig geschlossen ist, und stoppt schließlich das Gebläse 452. Dementsprechend wird der Turbolader 411 selbstversorgend.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 durch Schließen des Blasventils 445 absichtlich erhöht. Dann, zum Zeitpunkt T2, wenn der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 gleich oder höher als der Druck des Verbindungsabschnitts P1 ist, wird das Blasventil 445 kontinuierlich geschlossen, und das Steuerventil 451 wird begonnen, geöffnet zu werden, um gegenseitige Steuerung und Umschaltsteuerung durchzuführen. Daher kann das Blasventil 445 frühzeitig geschlossen zu werden begonnen werden, und die Energieabgabemenge des Oxidationsgases, das durch die Oxidationsgas-Blasleitung 444 strömt und das nach außerhalb des Systems abgegeben wird, kann unterdrückt werden.
  • Wie oben beschrieben, wird gemäß dem Brennstoffzellensystem und dem Verfahren zum Starten desselben gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch das Starten der Verringerung der Öffnung des Blasventils 445, bevor der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 einen Druck des Verbindungsabschnitts P1 der Anfahrluftleitung 454 und der Oxidationsgas-Zuleitung 331 erreicht, der Energieverlust verringert, weil die Abgabe aus der Oxidationsgas-Blasleitung 444 nach außerhalb des Systems verringert wird. Durch Verringern der Öffnung des Blasventils 445 wird der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 erhöht, die Öffnung des Steuerventils 451 beginnt in einem Fall, in dem der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 gleich oder höher als der Druck des Verbindungsabschnitts P1 ist, erhöht zu werden, und dementsprechend ist es möglich, das Anfahren früher durchzuführen, während der Rückfluss des Oxidationsgases unterdrückt wird. In einem Fall, in dem der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 gleich oder höher als der Druck des Verbindungsabschnitts P1 ist, kann durch Verringern der Öffnung des Blasventils 445, so dass der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 gleich oder höher als der Druck des Verbindungsabschnitts P1 ist, und durch Erhöhen der Öffnung des Steuerventils 451 der Rückfluss des Oxidationsgases unterdrückt werden, und das Anfahren kann stabiler durchgeführt werden.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • Als nächstes werden das Brennstoffzellensystem und das Verfahren zum Starten desselben gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem die Anfahrgebläse an verschiedenen Positionen vorgesehen sind. Nachstehend werden das Brennstoffzellensystem und das Verfahren zum Starten des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich in Bezug auf Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Die schematische Konfiguration des Brennstoffzellensystems 310 in der vorliegenden Ausführungsform ist in 16 dargestellt. 16 stellt einen Ausschnitt der Konfiguration um den Turbolader 411 dar, die anderen Konfigurationen sind die gleichen wie die in 4. Mit anderen Worten, in dem Brennstoffzellensystem 310 der vorliegenden Ausführungsform ist auf der Stromaufwärtsseite des Kompressors 421 ein Anfahrgebläse 472 in Reihe vorgesehen. Insbesondere ist das Anfahrgebläse 472 an einer Leitung 471 auf der Stromaufwärtsseite des Kompressors 421 vorgesehen und führt dem Kompressor 421 das Anfahroxidationsgas zu.
  • Die Luftansaugleitung 325 ist mit einem Rückschlagventil 473 versehen. Dementsprechend wird die Anfahrluft dem Kompressor 421 durch das Anfahrgebläse 472 zum Zeitpunkt von Anfahren zugeführt, die Turbine 423 wird drehend angetrieben, um die Drehzahl zu erhöhen, und demgemäß wird in einem Fall, in dem die Ansaugmenge des Kompressors 421 unzureichend ist, die Umgebungsluft von der Luftansaugleitung 325 angesaugt. Das Rückschlagventil 473 verhindert, dass die von dem Anfahrgebläse 472 angehobene Anfahrluft zu der Luftansaugleitung 325 zurückströmt.
  • Dann lässt die Steuereinheit 20 das Oxidationsgas mit dem Anfahrgebläse 472 zu der Oxidationsgas-Zuleitung 331 strömen, um den Turbolader 411 zu starten.
  • Da die von dem Anfahrgebläse 472 angehobene Anfahrluft in der vorliegenden Ausführungsform durch den Kompressor 421 weiter komprimiert wird, wird die Temperatur des durch die Oxidationsgas-Zuleitung 331 strömenden Oxidationsgases erhöht. Daher ist es bevorzugt, dass die Steuereinheit 20 das Anfahrgebläse 472 in einem Fall stoppt, in dem die Temperatur auf der Auslassseite des Kompressors 421 gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist.
  • Mit anderen Worten, wenn das Anfahrgebläse 472 gestartet ist, wie in 17 dargestellt, werden der Druck in dem System und die Temperatur auf der Auslassseite des Kompressors 421 erhöht, aber in einem Fall, in dem die Temperatur auf der Auslassseite des Kompressors 421 eine vorbestimmte Temperatur erreicht, wird das Anfahrgebläse 472 gestoppt. Selbst in einem Fall, in dem das Anfahrgebläse 472 gestoppt ist, wird das von dem Kompressor 421 komprimierte Oxidationsgas der Oxidationsgas-Zuleitung 331 zugeführt und strömt in jedem System, und anschließend wird die Turbine 423 via die katalytische Brennkammer 422 drehend angetrieben. Da der Kompressor 421 durch die Drehung der Turbine 423 drehend angetrieben wird, wird der Druck in dem System erhöht, und der Turbolader 411 kann selbstversorgend gemacht werden.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß dem Brennstoffzellensystem und dem Verfahren zum Starten desselben gemäß der vorliegenden Ausführungsform in dem Brennstoffzellensystem 310, in dem die Brennstoffzelle und der Turbolader 411 kombiniert sind, der Turbolader 411, anders als beispielsweise die Gasturbine, nicht unabhängig gestartet werden, und somit wird der Turbolader 411 unter Verwendung der Anfahrluft gestartet. Mit anderen Worten, das Anfahrgebläse 472 ist in Reihe mit dem Kompressor 421 auf der Stromaufwärtsseite oder der Stromabwärtsseite vorgesehen, und das Anfahrgebläse 472 lässt das Oxidationsgas zu der Oxidationsgas-Zuleitung 331 strömen, um den Turbolader 411 zu starten. Dementsprechend wird das Oxidationsgas nach außerhalb des Systems freigegeben, während der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 zum Anfahren überwacht wird, und wird zu der Außenseite des Systems durch das Blasventil 445 in einem Fall der Verringerung der Öffnung des Blasventils 445 und der Erhöhung der Öffnung des Steuerventils 451 freigegeben. Daher kann im Vergleich zu einem Fall, in dem das Blasventil 445 das Gas zum Zeitpunkt von Anfahren nach außerhalb des Systems abgibt, der Energieverlust unterdrückt werden, und die Verbrauchsmenge des Brennstoffgases L1, das der katalytischen Brennkammer 422 zugeführt wird, kann unterdrückt werden. Da das Anfahrgebläse 472 auf der Stromaufwärtsseite des Kompressors 421 vorgesehen ist und das Anfahroxidationsgas dem Kompressor 421 zuführt, kann das durch das Anfahrgebläse 472 erwärmte Oxidationsgas durch den Kompressor 421 komprimiert werden, und somit kann die Temperatur effektiver erhöht werden. Eine Anhebung wird durch die Reihenschaltung mit dem Kompressor 421 durchgeführt, und die Leistung (erforderlicher Abgabedruck) des Anfahrgebläses 472 kann ebenfalls verringert werden.
  • In einem Fall, in dem die Temperatur auf der Auslassseite des Kompressors 421 gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, wird das Anfahrgebläse 472 gestoppt, und dementsprechend kann ein Fall, in dem die Temperatur des Oxidationsgases extrem hoch erhöht wird, unterdrückt werden.
  • [Vierte Ausführungsform]
  • Als nächstes werden das Brennstoffzellensystem und das Verfahren zum Starten desselben gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
  • Ein Fall, bei dem ein Anfahrgebläse 474 an einer anderen Position als der der oben beschriebenen dritten Ausführungsform vorgesehen ist, wird beschrieben. Nachstehend werden das Brennstoffzellensystem und das Verfahren zum Starten desselben gemäß der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich in Bezug auf Unterschiede zu der dritten Ausführungsform beschrieben.
  • Die schematische Konfiguration des Brennstoffzellensystems 310 in der vorliegenden Ausführungsform ist in 18 dargestellt. 18 stellt einen Ausschnitt der Konfiguration um den Turbolader 411 dar, die anderen Konfigurationen sind die gleichen wie die in 4. Wie in 18 dargestellt, sind der Wärmetauscher 430, der Wärme zwischen dem von der Turbine 423 abgegebenen Verbrennungsgas und dem Oxidationsgas der Oxidationsgas-Zuleitung 331 austauscht, und die Wärmetauscher-Bypassleitung 332, die mit der Oxidationsgas-Zufuhrleitung 331 verbunden ist und den Wärmetauscher 430 umgeht, in dem Brennstoffzellensystem 310 vorgesehen. In dem Brennstoffzellensystem 310 ist das Anfahrgebläse 474 in Reihe mit dem Kompressor 421 auf der Stromabwärtsseite vorgesehen. Insbesondere ist das Anfahrgebläse 474 in der Wärmetauscher-Bypassleitung 332 bereitgestellt.
  • Dann lässt die Steuereinheit 20 das Oxidationsgas durch die Oxidationsgas-Zuleitung 331 mit dem Anfahrgebläse 474 strömen, das Oxidationsgas strömt in jedem System von der Oxidationsgas-Zufuhrleitung 331 und danach wird die Turbine 423 via die katalytische Brennkammer 422 drehend angetrieben, um den Turbolader 411 zu starten.
  • Mit anderen Worten, wie in 19 dargestellt, wenn das Anfahrgebläse 474 gestartet wird, werden der Druck in dem System und die Temperatur auf der Auslassseite des Kompressors 421 erhöht, und der Turbolader 411 kann selbstversorgend gemacht werden. Da in 16 (dritte Ausführungsform) das Anfahrgebläse 474 auf der Stromaufwärtsseite des Kompressors 421 vorgesehen ist, wird die Temperatur auf der Auslassseite des Kompressors 421 weiter angehoben, und somit gibt es eine Einschränkung des Betriebs des Anfahrgebläses 474 aufgrund der Temperatur auf der Auslassseite. In der vorliegenden Ausführungsform gibt es jedoch keine Einschränkung aufgrund der Temperatur auf der Auslassseite des Kompressors 421. Da das durch den Kompressor 421 komprimierte Oxidationsgas durch das Anfahrgebläse 474 verstärkt werden kann, kann erwartet werden, dass der Turbolader 411 früher selbstversorgend wird. In der vorliegenden Ausführungsform muss das Anfahrgebläse 474 Maßnahmen zur Wärmebeständigkeit und Druckbeständigkeit ergreifen.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß dem Brennstoffzellensystem und dem Verfahren zum Starten desselben gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Anfahrgebläse 474, dadurch, dass das Anfahrgebläse 474 an der Wärmetauscher-Bypassleitung 332, die den Wärmetauscher 430 umgeht, vorgesehen ist, die Temperatur des durch den Kompressor 421 komprimierten Oxidationsgases erhöhen, und somit kann die Temperatur effektiver erhöht werden. Das Oxidationsgas wird zu der Außenseite des Systems freigegeben, während der Druck auf der Auslassseite des Kompressors 421 zum Anfahren überwacht wird, und wird nicht zu der Außenseite des Systems durch das Blasventil 445 in einem Fall der Verringerung der Öffnung des Blasventils 445 und der Erhöhung der Öffnung des Steuerventils 451 freigegeben. Daher kann ein Energieverlust unterdrückt werden, und die Verbrauchsmenge des der katalytischen Brennkammer 422 zugeführten Brennstoffgases L1 kann unterdrückt werden.
  • Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in geeigneter Weise modifiziert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist auch möglich, jede Ausführungsform zu kombinieren. Mit anderen Worten, die oben beschriebene erste Ausführungsform, zweite Ausführungsform, dritten Ausführungsform und vierten Ausführungsform können auch miteinander kombiniert werden.
  • Das Brennstoffzellensystem und das Verfahren zum Starten desselben, die in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben sind, werden beispielsweise wie folgt verstanden.
  • Das Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält das Folgende: eine Brennstoffzelle (313), die eine Kathode (113) und eine Anode (109) aufweist; einen Turbolader (411), der eine Turbine (423) aufweist, in der ein Brennstoffabgas und ein Oxidationsabgas, die aus der Brennstoffzelle (313) abgegeben werden, als ein Verbrennungsgas zugeführt werden, und der einen durch die Turbine (423) angetriebenen Kompressor (421) aufweist; eine Oxidationsgas-Zuleitung (331) zum Zuführen des durch den Kompressor (421) komprimierten Oxidationsgases zu der Kathode (113); ein Steuerventil (451), das bei der Oxidationsgas-Zuleitung (331) vorgesehen ist; eine Blasleitung (444), deren eines Ende mit einer Stromaufwärtsseite des Steuerventils (451) bei der Oxidationsgas-Zuleitung (331) verbunden ist und die das Oxidationsgas mit einem Blasventil (445) nach außerhalb des Systems abgibt; eine Anfahrluftleitung (454), deren eines Ende mit einer Stromabwärtsseite des Steuerventils (451) bei der Oxidationsgas-Zuleitung (331) verbunden ist und die der Oxidationsgas-Zuleitung (331) mit einem Gebläse (452) Anfahrluft zuführt; und eine Steuereinheit (20), die eine Öffnung des Blasventils (445) verringert, eine Öffnung des Steuerventils (451) erhöht, nachdem die Öffnung des Blasventils (445) beginnt, verringert zu werden, und dann die Zufuhr der Anfahrluft in einem Zustand stoppt, in dem das Steuerventil (451) geschlossen ist und das Blasventil (445) geöffnet ist, um die Anfahrluft der Oxidationsgas-Zuleitung (331) mit dem Gebläse (452) in einem Fall zuzuführen, in dem Anfahren des Turboladers (411) durchgeführt wird.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in dem Brennstoffzellensystem (310), in dem die Brennstoffzelle (313) und der Turbolader (411) kombiniert sind, der Turbolader (411), anders als beispielsweise die Gasturbine (423), nicht unabhängig gestartet werden, und somit wird der Turbolader (411) durch Verwenden der aus der Anfahrluftleitung (454) zugeführten Anfahrluft gestartet. Dann wird durch Verwenden des Steuerventils (451), das an der Oxidationsgas-Zuleitung (331) vorgesehen ist, und des Blasventils (445), das an der Blasleitung (444) vorgesehen ist, die das Oxidationsgas zu der Außenseite des Systems abgibt, das Oxidationsgas, das durch die Oxidationsgas-Zuleitung (331) strömt, auf das Oxidationsgas umgeschaltet, das von dem Kompressor (421) aus der Anfahrluft komprimiert wird. Insbesondere wird aus dem Zustand, in dem das Steuerventil (451) geschlossen ist und das Blasventil (445) geöffnet ist, um die Anfahrluft mit dem Gebläse (452) der Oxidationsgas-Zuleitung (331) zuzuführen (das heißt, ein Zustand, in dem die Anfahrluft strömt), durch Öffnen des Steuerventils (451) (gegenseitige Steuerung), während die Öffnung des Blasventils (445) verringert wird, auf das von dem Kompressor (421) komprimierte Oxidationsgas umgeschaltet. Wenn Umschalten auf diese Weise durchgeführt wird, wird die Öffnung des Steuerventils (451) nach dem Zeitpunkt erhöht, zu dem die Öffnung des Blasventils (445) beginnt, verringert zu werden, und dementsprechend kann durch Vorsehen einer Zeitdifferenz bei dem Start des Betriebs des Blasventils (445) und des Steuerventils (451) der Rückfluss des Oxidationsgases effektiver unterdrückt werden. Mit anderen Worten, da das Steuerventil (451) in einem Zustand geöffnet wird, in dem die Öffnung des Blasventils (445) verringert ist und der Druck auf der Stromaufwärtsseite (Auslassseite des Kompressors (421)) des Steuerventils (451) erhöht ist, kann das Umschalten stabiler durchgeführt werden. Infolgedessen ist es selbst in einem Fall, in dem die Brennstoffzelle (313) und der Turbolader (411) kombiniert sind, möglich, die Maschine stabiler zu starten.
  • In dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Steuereinheit (20) die Öffnung des Blasventils (445) in einem Fall verringern, in dem eine Drehzahl des Turboladers (411) gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert ist oder die Temperatur eines der Turbine (423) zugeführten Verbrennungsgases gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in einem Fall, in dem die Drehzahl des Turboladers (411) gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert ist und die Temperatur des der Turbine (423) zugeführten Verbrennungsgases gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, durch Verringern der Öffnung des Blasventils (445) der Rückfluss des Oxidationsgases stabiler unterdrückt werden.
  • In dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Steuereinheit (20) die Öffnung des Steuerventils (451) erhöhen, nachdem eine vorbestimmte Zeit ab dem Zeitpunkt verstrichen ist, zu dem die Öffnung des Blasventils (445) beginnt, verringert zu werden.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es durch Erhöhen der Öffnung des Steuerventils (451) nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ab dem Zeitpunkt, zu dem die Öffnung des Blasventils (445) beginnt, verringert zu werden, möglich, den Rückfluss des Oxidationsgases effektiver zu unterdrücken.
  • In dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Steuereinheit (20) die Öffnung des Blasventils (445) verringern, nachdem eine vorbestimmte Zeit ab dem Beginn von Drehung des Turboladers (411) verstrichen ist.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung wird durch Verringern der Öffnung des Blasventils (445) nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ab dem Beginn von Drehung des Turboladers (411) Energieverlust verringert, da die die Abgabe von der Blasleitung (444) zu der Außenseite des Systems nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit verringert wird.
  • In dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Steuereinheit (20) beginnen, die Öffnung des Blasventils (445) zu verringern, bevor der Druck auf einer Auslassseite des Kompressors (421) den Druck an einem Verbindungsabschnitt (P1) zwischen der Anfahrluftleitung (454) und der Oxidationsgas-Zuleitung (331) erreicht, und kann beginnen, die Öffnung des Steuerventils (451) in einem Fall zu erhöhen, in dem der Druck auf der Auslassseite des Kompressors (421) gleich oder höher als der Druck an dem Verbindungsabschnitt (P1) ist.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung wird durch Starten des Verringerns der Öffnung des Blasventils (445), bevor der Druck auf der Auslassseite des Kompressors (421) einen Druck des Verbindungsabschnitts (P1) der Anfahrluftleitung (454) und der Oxidationsgas-Zuleitung (331) erreicht, der Energieverlust verringert, weil die Abgabe aus der Blasleitung (444) zu der Außenseite des Systems verringert wird. Durch Verringern der Öffnung des Blasventils (445) wird der Druck auf der Auslassseite des Kompressors (421) erhöht, die Öffnung des Steuerventils (451) beginnt in einem Fall, in dem der Druck auf der Auslassseite des Kompressors (421) gleich oder höher als der Druck des Verbindungsabschnitts (P1) ist, erhöht zu werden, und dementsprechend ist es möglich, das Anfahren früher durchzuführen, während der Rückfluss des Oxidationsgases unterdrückt wird.
  • In dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Steuereinheit (20) in einem Fall, in dem der Druck auf der Auslassseite des Kompressors (421) gleich oder höher als der Druck an dem Verbindungsabschnitt (P1) ist, die Öffnung des Blasventils (445) so verringern und die Öffnung des Steuerventils (451) so erhöhen, dass ein Zustand, in dem der Druck auf der Auslassseite des Kompressors (421) gleich oder höher als der Druck an dem Verbindungsabschnitt (P1) ist, fortbesteht.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in einem Fall, in dem der Druck auf der Auslassseite des Kompressors (421) gleich oder höher als der Druck des Verbindungsabschnitts (P1) ist, durch Verringern der Öffnung des Blasventils (445) so, dass ein Zustand, in dem der Druck auf der Auslassseite des Kompressors (421) gleich oder höher als der Druck des Verbindungsabschnitts (P1) ist, fortbesteht, und durch Erhöhen der Öffnung des Steuerventils (451) der Rückfluss des Oxidationsgases unterdrückt werden, und das Anfahren kann stabiler durchgeführt werden.
  • In dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Steuereinheit (20) die Zufuhrmenge der Anfahrluft in einem Fall reduzieren, in dem das Blasventil (445) vollständig geschlossen ist.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in einem Fall, in dem das Blasventil (445) vollständig geschlossen ist, durch Verringern der Zufuhrmenge der Anfahrluft das Umschalten von der Anfahrluft auf das durch den Kompressor (421) komprimierte Oxidationsgas früher abgeschlossen werden.
  • Ein Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält: eine Brennstoffzelle (313), die eine Kathode (113) und eine Anode (109) aufweist; einen Turbolader (411), der eine Turbine (423) aufweist, in der ein Brennstoffabgas und Oxidationsabgas, die aus der Brennstoffzelle (313) abgegeben werden, als ein Verbrennungsgas zugeführt werden, und der einen durch die Turbine (423) angetriebenen Kompressor (421) aufweist; eine Oxidationsgas-Zuleitung (331) zum Zuführen des durch den Kompressor (421) komprimierten Oxidationsgases zu der Kathode (113); ein Anfahrgebläse (472, 474), das in Bezug auf Strömung des Oxidationsgases des Kompressors (421) auf einer Stromaufwärtsseite oder einer Stromabwärtsseite vorgesehen ist; und eine Steuereinheit (20), die das Oxidationsgas mit dem Anfahrgebläse (472, 474) durch die Oxidationsgas-Zuleitung (331) strömen lässt, um den Kompressor (421) zu drehen.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in dem Brennstoffzellensystem (310), in dem die Brennstoffzelle (313) und der Turbolader (411) kombiniert sind, der Turbolader (411), anders als beispielsweise die Gasturbine (423), nicht unabhängig gestartet werden, und somit wird der Turbolader (411) durch Verwenden der Anfahrluft gestartet. Mit anderen Worten, das Anfahrgebläse (472, 474) ist in Reihe mit dem Kompressor (421) auf der Stromaufwärtsseite oder der Stromabwärtsseite vorgesehen, und das Anfahrgebläse (472, 474) lässt das Oxidationsgas zu der Oxidationsgas-Zuleitung (331) strömen, um den Turbolader 411 zu starten. Dementsprechend kann im Vergleich zu einem Fall des Abgebens des Oxidationsgases zu der Außenseite des Systems zu dem Zeitpunkt von Anfahren der Energieverlust unterdrückt werden, und die Verbrauchsmenge des Brennstoffgases (L1), das der katalytischen Brennkammer (422) zugeführt wird, kann unterdrückt werden.
  • In dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das Anfahrgebläse (472) auf der Stromaufwärtsseite des Kompressors (421) vorgesehen sein und kann das Oxidationsgas dem Kompressor (421) zuführen.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist das Anfahrgebläse (472) auf der Stromaufwärtsseite des Kompressors (421) vorgesehen, und um dem Kompressor (421) das Anfahroxidationsgas zuzuführen, kann das Oxidationsgas, von dem die Temperatur durch das Anfahrgebläse (472) erhöht wird, durch den Kompressor (421) komprimiert werden, und somit kann die Temperatur effektiver erhöht werden. Eine Anhebung wird durch Reihenschaltung mit dem Kompressor (421) durchgeführt, und die Leistung (erforderlicher Abgabedruck) des Anfahrgebläses (472) kann ebenfalls verringert werden.
  • In dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Steuereinheit (20) das Anfahrgebläse (472) in einem Fall stoppen, in dem eine Temperatur auf einer Auslassseite des Kompressors (421) gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung wird in einem Fall, in dem die Temperatur auf der Auslassseite des Kompressors (421) gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, das Anfahrgebläse (474) gestoppt, und dementsprechend kann ein Fall, in dem die Temperatur des Oxidationsgases extrem hoch erhöht wird, unterdrückt werden.
  • Das Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann enthalten: einen Wärmetauscher (430), der Wärme zwischen dem von der Turbine (423) abgegebenen Verbrennungsgas und dem Oxidationsgas der Oxidationsgas-Zuleitung (331) austauscht; und eine Bypassleitung (332), die mit der Oxidationsgas-Zuleitung (331) verbunden ist und den Wärmetauscher (430) umgeht, und das Anfahrgebläse (474) kann an der Bypassleitung (332) vorgesehen sein.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das Anfahrgebläse (474), dadurch, dass das Anfahrgebläse (474) an der Wärmetauscher-Bypassleitung (332), die den Wärmetauscher (430) umgeht, vorgesehen ist, die Temperatur des durch den Kompressor (421) komprimierten Oxidationsgases erhöhen, und somit kann die Temperatur effektiver erhöht werden.
  • In dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Steuereinheit (20), nachdem der Turbolader selbstversorgend wird, der Brennstoffzelle die durch eine Anfahrheizung (458) erwärmte Luft zuführen, um die Temperatur zu erhöhen, bis die Temperatur des Oxidationsgases, das der Kathode zugeführt wird, oder die Temperatur einer Energieerzeugungskammer der Brennstoffzelle eine spezifizierte Temperatur erreicht.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Temperatur effektiv erhöht werden, nachdem der Turbolader selbstversorgend wird.
  • Ein Verfahren zum Starten des Brennstoffzellensystems (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Starten des Brennstoffzellensystems (310), das eine Brennstoffzelle (313), die eine Kathode (113) und eine Anode (109) aufweist, einen Turbolader (411), der eine Turbine (423) aufweist, der ein Brennstoffabgas und ein Oxidationsabgas, die aus der Brennstoffzelle (313) abgegeben werden, als ein Verbrennungsgas zugeführt werden, und der einen durch die Turbine (423) angetriebenen Kompressor (421) aufweist, eine Oxidationsgas-Zuleitung (331) zum Zuführen eines durch den Kompressor (421) komprimierten Oxidationsgases zu der Kathode (113), ein Steuerventil (451), das bei der Oxidationsgas-Zuleitung (331) vorgesehen ist, eine Blasleitung (444), deren eines Ende mit einer Stromaufwärtsseite des Steuerventils (451) bei der Oxidationsgas-Zuleitung (331) verbunden ist und die das Oxidationsgas mit einem Blasventil (445) nach außerhalb des Systems abgibt, und eine Anfahrluftleitung (454), deren eines Ende mit einer Stromabwärtsseite des Steuerventils (451) bei der Oxidationsgas-Zuleitung (331) verbunden ist und die der Oxidationsgas-Zuleitung (331) mit einem Gebläse (452) Anfahrluft zuführt, enthält, wobei das Verfahren enthält: Verringern einer Öffnung des Blasventils (445), Erhöhen einer Öffnung des Steuerventils (451) nach einem Zeitpunkt, an dem die Öffnung des Blasventils (445) beginnt, verringert zu werden, und dann Stoppen der Zufuhr der Anfahrluft in einem Zustand, in dem das Steuerventil (451) geschlossen ist und das Blasventil (445) geöffnet ist, um die Anfahrluft der Oxidationsgas-Zuleitung (331) mit dem Gebläse (452) in einem Fall zuzuführen, in dem Anfahren des Turboladers (411) durchgeführt wird.
  • Ein Verfahren zum Starten des Brennstoffzellensystems (310) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Starten des Brennstoffzellensystems (310), das eine Brennstoffzelle (313), die eine Kathode (113) und eine Anode (109) aufweist, einen Turbolader (411), der eine Turbine (423) aufweist, der ein Brennstoffabgas und ein Oxidationsabgas, die aus der Brennstoffzelle (313) abgegeben werden, als ein Verbrennungsgas zugeführt werden, und der einen durch die Turbine (423) angetriebenen Kompressor (421) aufweist, eine Oxidationsgas-Zuleitung (331) zum Zuführen eines durch den Kompressor (421) komprimierten Oxidationsgases zu der Kathode (113) und ein Anfahrgebläse (472, 474), das in Bezug auf Strömung des Oxidationsgases des Kompressors (421) auf einer Stromaufwärtsseite oder einer Stromabwärtsseite vorgesehen ist, wobei das Verfahren enthält: Strömenlassen des Oxidationsgases durch die Oxidationsgas-Zuleitung (331) mit dem Anfahrgebläse (472, 474), um den Kompressor (421) zu drehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 11
    CPU
    12
    ROM
    13
    RAM
    14
    Festplattenlaufwerk
    15
    Kommunikationseinheit
    18
    Bus
    20
    Steuereinheit
    101
    Zellenstapel
    103
    Substratrohr
    105
    Brennstoffzelle
    107
    Zwischenverbinder
    109
    Anode (Brennstoffelektrode)
    111
    Festelektrolytfilm
    113
    Kathode (Luftelektrode)
    115
    Bleifilm
    201
    SOFC-Modul
    203
    SOFC-Einsatz
    205
    Druckbehälter
    207
    Brennstoffgas-Zufuhrröhre
    207a
    Brennstoffgas-Zufuhrzweigröhre
    209
    Brennstoffgas-Abgaberöhre
    209a
    Brennstoffgas-Abgabezweigröhre
    215
    Energieerzeugungskammer
    217
    Brennstoffgas-Zufuhrkopf
    219
    Brennstoffgas-Abgabekopf
    221
    Oxidationsgas-Zufuhrkopf
    223
    Oxidationsgas-Abgabekopf
    225a
    obere Rohrplatte
    225b
    untere Rohrplatte
    227a
    obere Wärmedämmung
    227b
    untere Wärmedämmung
    229a
    oberes Gehäuse
    229b
    unteres Gehäuse
    231a
    Brennstoffgas-Zufuhrloch
    231b
    Brennstoffgas-Abgabeloch
    233a
    Oxidationsgas-Zufuhrloch
    233b
    Oxidationsgas-Abgabeloch
    235a
    Oxidationsgas-Zufuhrspalt
    235b
    Oxidationsgas-Abgabespalt
    237a
    Dichtungselement
    237b
    Dichtungselement
    310
    Brennstoffzellensystem
    313
    SOFC (Brennstoffzelle)
    325
    Luftansaugleitung
    328
    Verbrennungsgas-Zuleitung
    329
    Verbrennungsabgasleitung
    331
    Oxidationsgas-Zuleitung
    332
    Wärmetauscher-Bypassleitung
    333
    Oxidationsabgasleitung
    335
    Steuerventil
    336
    Steuerventil
    341
    Brennstoffgasleitung
    342
    Steuerventil
    343
    Brennstoffabgasleitung
    346
    Absperrventil
    347
    Regelventil
    348
    Umwälzgebläse
    349
    Brennstoffgasumwälzleitung
    350
    Brennstoffabgas-Freigabeleitung
    351
    Abluftkühler
    352
    Steuerventil
    361
    Versorgungsleitung für gereinigtes Wasser
    362
    Pumpe
    411
    Turbolader
    421
    Kompressor
    422
    katalytische Brennkammer
    423
    Turbine
    424
    Drehwelle
    430
    Wärmetauscher
    441
    Öffnung
    442
    Abhitzerückgewinnungsausrüstung
    443
    Steuerventil
    444
    Oxidationsgas-Blasleitung
    445
    Blasventil
    451
    Steuerventil
    452
    Gebläse
    453
    Steuerventil
    454
    Anfahrluftleitung
    455
    Anfahrluft-Heizleitung
    456
    Steuerventil
    457
    Steuerventil
    458
    Anfahrheizung
    459
    Steuerventil
    460
    Steuerventil
    471
    Leitung
    472
    Anfahrgebläse
    473
    Rückschlagventil
    474
    Anfahrgebläse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 20186004 [0002]
    • JP 6591112 [0002]

Claims (14)

  1. Brennstoffzellensystem, umfassend: eine Brennstoffzelle, die eine Kathode und eine Anode aufweist; einen Turbolader, der eine Turbine aufweist, der ein Brennstoffabgas und ein Oxidationsabgas, die aus der Brennstoffzelle abgegeben werden, als ein Verbrennungsgas zugeführt werden, und der einen durch die Turbine angetriebenen Kompressor aufweist; eine Oxidationsgas-Zuleitung zum Zuführen eines durch den Kompressor komprimierten Oxidationsgases zu der Kathode; ein Steuerventil, das bei der Oxidationsgas-Zuleitung vorgesehen ist; eine Blasleitung, deren eines Ende mit einer Stromaufwärtsseite des Steuerventils bei der Oxidationsgas-Zuleitung verbunden ist und die das Oxidationsgas mit einem Blasventil nach außerhalb des Systems abgibt; eine Anfahrluftleitung, deren eines Ende mit einer Stromabwärtsseite des Steuerventils bei der Oxidationsgas-Zuleitung verbunden ist und die der Oxidationsgas-Zuleitung mit einem Gebläse Anfahrluft zuführt; und eine Steuereinheit, die eine Öffnung des Blasventils verringert, eine Öffnung des Steuerventils erhöht, nachdem die Öffnung des Blasventils beginnt, verringert zu werden, und dann die Zufuhr der Anfahrluft in einem Zustand stoppt, in dem das Steuerventil geschlossen wird und das Blasventil geöffnet wird, um die Anfahrluft mit dem Gebläse der Oxidationsgas-Zuleitung in einem Fall zuzuführen, in dem Anfahren des Turboladers durchgeführt wird.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die Öffnung des Blasventils in einem Fall verringert, in dem eine Drehzahl des Turboladers gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert ist oder eine Temperatur eines der Turbine zugeführten Verbrennungsgases gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit die Öffnung des Steuerventils erhöht, nachdem eine vorbestimmte Zeit ab dem Zeitpunkt verstrichen ist, zu dem die Öffnung des Blasventils beginnt, verringert zu werden.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die Öffnung des Blasventils verringert, nachdem eine vorbestimmte Zeit ab Beginn von Drehung des Turboladers verstrichen ist.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit beginnt, die Öffnung des Blasventils zu verringern, bevor der Druck auf einer Auslassseite des Kompressors den Druck an einem Verbindungsabschnitt zwischen der Anfahrluftleitung und der Oxidationsgas-Zuleitung erreicht, und beginnt, die Öffnung des Steuerventils in einem Fall zu erhöhen, in dem der Druck auf der Auslassseite des Kompressors gleich oder höher als der Druck an dem Verbindungsabschnitt ist.
  6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit in einem Fall, in dem der Druck auf der Auslassseite des Kompressors gleich oder höher als der Druck an dem Verbindungsabschnitt ist, die Öffnung des Blasventils so verringert und die Öffnung des Steuerventils so erhöht, dass ein Zustand, in dem der Druck auf der Auslassseite des Kompressors gleich oder höher als der Druck an dem Verbindungsabschnitt ist, fortbesteht.
  7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit eine Zufuhrmenge der Anfahrluft in einem Fall verringert, in dem das Blasventil vollständig geschlossen ist.
  8. Brennstoffzellensystem, umfassend: eine Brennstoffzelle, die eine Kathode und eine Anode aufweist; einen Turbolader, der eine Turbine aufweist, der ein Brennstoffabgas und ein Oxidationsabgas, die aus der Brennstoffzelle abgegeben werden, als ein Verbrennungsgas zugeführt werden, und der einen durch die Turbine angetriebenen Kompressor aufweist; eine Oxidationsgas-Zuleitung zum Zuführen eines durch den Kompressor komprimierten Oxidationsgases zu der Kathode; ein Anfahrgebläse, das in Bezug auf Strömung des Oxidationsgases des Kompressors auf einer Stromaufwärtsseite oder einer Stromabwärtsseite vorgesehen ist; und eine Steuereinheit, die das Oxidationsgas mit dem Anfahrgebläse durch die Oxidationsgas-Zuleitung strömen lässt, um den Kompressor zu drehen.
  9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, wobei das Anfahrgebläse auf der Stromaufwärtsseite des Kompressors vorgesehen ist und dem Kompressor das Oxidationsgas zuführt.
  10. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit das Anfahrgebläse in einem Fall stoppt, in dem eine Temperatur auf einer Auslassseite des Kompressors gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist.
  11. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, ferner umfassend: einen Wärmetauscher, der Wärme zwischen einem aus der Turbine abgegebenen Verbrennungsgas und dem Oxidationsgas der Oxidationsgas-Zuleitung austauscht; und eine Bypassleitung, die mit der Oxidationsgas-Zuleitung verbunden ist und den Wärmetauscher umgeht, wobei das Anfahrgebläse an der Bypassleitung vorgesehen ist.
  12. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit, nachdem der Turbolader selbstversorgend wird, der Brennstoffzelle durch eine Anfahrheizung erwärmte Luft zuführt, um eine Temperatur zu erhöhen, bis eine Temperatur des Oxidationsgases, das der Kathode zugeführt wird, oder eine Temperatur einer Energieerzeugungskammer der Brennstoffzelle eine spezifizierte Temperatur erreicht.
  13. Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems, das eine Brennstoffzelle, die eine Kathode und eine Anode aufweist, einen Turbolader, der eine Turbine aufweist, der ein Brennstoffabgas und ein Oxidationsabgas, die aus der Brennstoffzelle abgegeben werden, als ein Verbrennungsgas zugeführt werden, und der einen durch die Turbine angetriebenen Kompressor aufweist, eine Oxidationsgas-Zuleitung zum Zuführen eines durch den Kompressor komprimierten Oxidationsgases zu der Kathode, ein Steuerventil, das bei der Oxidationsgas-Zuleitung vorgesehen ist, eine Blasleitung, deren eines Ende mit einer Stromaufwärtsseite des Steuerventils bei der Oxidationsgas-Zuleitung verbunden ist und die das Oxidationsgas mit einem Blasventil nach außerhalb des Systems abgibt, und eine Anfahrluftleitung, deren eines Ende mit einer Stromabwärtsseite des Steuerventils bei der Oxidationsgas-Zuleitung verbunden ist und die der Oxidationsgas-Zuleitung mit einem Gebläse Anfahrluft zuführt, enthält, wobei das Verfahren umfasst: Verringern einer Öffnung des Blasventils, Erhöhen einer Öffnung des Steuerventils nach einem Zeitpunkt, zu dem die Öffnung des Blasventils beginnt, verringert zu werden, und dann Stoppen der Zufuhr der Anfahrluft in einem Zustand, in dem das Steuerventil geschlossen wird und das Blasventil geöffnet wird, um die Anfahrluft mit dem Gebläse der Oxidationsgas-Zuleitung in einem Fall zuzuführen, in dem Anfahren des Turboladers durchgeführt wird.
  14. Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems, das eine Brennstoffzelle, die eine Kathode und eine Anode aufweist, einen Turbolader, der eine Turbine aufweist, der ein Brennstoffabgas und ein Oxidationsabgas, die aus der Brennstoffzelle abgegeben werden, als ein Verbrennungsgas zugeführt werden, und der einen durch die Turbine angetriebenen Kompressor aufweist, eine Oxidationsgas-Zuleitung zum Zuführen eines durch den Kompressor komprimierten Oxidationsgases zu der Kathode und ein Anfahrgebläse, das in Bezug auf Strömung des Oxidationsgases des Kompressors auf einer Stromaufwärtsseite oder einer Stromabwärtsseite vorgesehen ist, enthält, wobei das Verfahren umfasst: Strömenlassen des Oxidationsgases durch die Oxidationsgas-Zuleitung mit dem Anfahrgebläse, um den Kompressor zu drehen.
DE112021001332.7T 2020-02-27 2021-01-27 Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Starten desselben Pending DE112021001332T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-032260 2020-02-27
JP2020032260A JP6922016B1 (ja) 2020-02-27 2020-02-27 燃料電池システム及びその起動方法
PCT/JP2021/002845 WO2021171883A1 (ja) 2020-02-27 2021-01-27 燃料電池システム及びその起動方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112021001332T5 true DE112021001332T5 (de) 2022-12-15

Family

ID=77269613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112021001332.7T Pending DE112021001332T5 (de) 2020-02-27 2021-01-27 Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Starten desselben

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11936078B2 (de)
JP (1) JP6922016B1 (de)
KR (1) KR20220034189A (de)
CN (1) CN114631208A (de)
DE (1) DE112021001332T5 (de)
WO (1) WO2021171883A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7293466B1 (ja) 2022-07-05 2023-06-19 三菱重工業株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6591112B1 (ja) 2019-05-31 2019-10-16 三菱日立パワーシステムズ株式会社 加圧空気供給システム及びこの加圧空気供給システムを備える燃料電池システム並びにこの加圧空気供給システムの起動方法
JP2020186004A (ja) 2019-04-01 2020-11-19 テイ・エス テック株式会社 照明装置及びドアライニング

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08190924A (ja) * 1995-01-12 1996-07-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池発電装置及び燃料電池を用いた発電システム
JP2000348749A (ja) * 1999-06-01 2000-12-15 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電プラントの起動方法
JP5601362B2 (ja) * 2012-10-16 2014-10-08 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
WO2014069408A1 (ja) * 2012-10-31 2014-05-08 三菱重工業株式会社 発電システム及び発電システムにおける燃料電池の起動方法並びに運転方法
US10107190B2 (en) * 2012-11-21 2018-10-23 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Power generation system, driving method for power generation system, and combustor
JP6817729B2 (ja) 2016-06-27 2021-01-20 三菱パワー株式会社 燃料電池の制御装置及び制御方法並びに発電システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020186004A (ja) 2019-04-01 2020-11-19 テイ・エス テック株式会社 照明装置及びドアライニング
JP6591112B1 (ja) 2019-05-31 2019-10-16 三菱日立パワーシステムズ株式会社 加圧空気供給システム及びこの加圧空気供給システムを備える燃料電池システム並びにこの加圧空気供給システムの起動方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220034189A (ko) 2022-03-17
US20220416273A1 (en) 2022-12-29
CN114631208A (zh) 2022-06-14
US11936078B2 (en) 2024-03-19
JP6922016B1 (ja) 2021-08-18
WO2021171883A1 (ja) 2021-09-02
JP2021136175A (ja) 2021-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112019000300T5 (de) Brennstoffzellensystem, Hybrid-Energieerzeugungssystem und Steuerverfahren für Brennstoffzellensystem
US7887971B2 (en) SORFC system with non-noble metal electrode compositions
DE102005012230A1 (de) Verfahren und System zum Anfahren und transienten Betrieb eines integrierten Brennstoffzellen-Gasturbinensystems
WO2019163421A1 (ja) 燃料電池の温度分布制御システム、燃料電池、及び温度分布制御方法
DE112021001280T5 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren dafür
DE102006003740B4 (de) Verfahren und System zum Betreiben einer Hochtemperaturbrennstoffzelle
DE112021001332T5 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Starten desselben
DE112021001303T5 (de) Brennstoffzellensystem und verfahren zum steuern desselben
DE112021000277T5 (de) Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem
DE112021002182T5 (de) Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem
WO2024009552A1 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法
DE112021004486T5 (de) Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem
US20240213502A1 (en) Fuel cell system including anode exhaust diversion and method of operating the same
DE112021004409T5 (de) Brennstoffzellen-stromerzeugungssystem und verfahren zur steuerung eines brennstoffzellen-stromerzeugungssystems
DE112021004400T5 (de) Brennstoffzellen-energieerzeugungssystem und steuerungsverfahren eines brennstoffzellen-energieerzeugungssystems
JP2023072676A (ja) アノード排気の分流部を含む燃料電池システム及びそれを動作させる方法
EP2219256A2 (de) SOFC Brennstoffzelle mit einem externen Dampfreformer

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed