DE112021004486T5 - Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem - Google Patents

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Nagao Hisatome
Mitsuyoshi Iwata
Takahiro Machida
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Abstract

Ein Brennstoffzellenstromerzeugungsmodul weist ein erstes Brennstoffzellenmodul und ein zweites Brennstoffzellenmodul auf, das in der Lage ist, mit einem ersten Ausleitungsbrenngas, das von dem ersten Brennstoffzellenmodul ausgeleitet wird, Energie zu erzeugen. Es ist so konfiguriert, dass eine erste Rezirkulationsleitung von einer zweiten Ausleitungsbrenngasleitung rezirkuliert, durch die ein zweites Ausleitungsbrenngas aus dem zweiten Brennstoffzellenmodul strömt, und das zweite Ausleitungsbrenngas an eine brennstoffseitige Elektrode des zweiten Brennstoffzellenmoduls zugeführt wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem.
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-183269, die am 30. Oktober 2020 eingereicht wurde und deren Inhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Schrift aufgenommen ist.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Eine Brennstoffzelle zur Stromerzeugung vermittels chemischer Reaktion eines Brenngases und eines Oxidationsgases hat Eigenschaften wie etwa einen ausgezeichneten Stromerzeugungswirkungsgrad sowie Umweltfreundlichkeit. Eine Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) verwendet Keramik wie Zirkoniumdioxid-Keramik als Elektrolyt und erzeugt Strom, indem sie als Brenngas ein Gas wie etwa ein Vergasungsgas zuführt, das durch die Herstellung von Wasserstoff, Stadtgas, Erdgas, Erdöl, Methanol und einem kohlenstoffhaltigen Rohmaterial mit einer Vergasungsanlage gewonnen wird, und eine Reaktion in einer Hochtemperaturatmosphäre von etwa 700°C bis 1.000°C bewirkt.
  • Patentdokument 1 ist ein Beispiel für ein Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem, das diesen Brennstoffzellentyp verwendet. In Patentdokument 1 wird der Ausnutzungsgrad des zugeführten Brennstoffs in jedem Brennstoffzellenmodul durch die Kaskadenschaltung einer Vielzahl von Brennstoffzellenmodulen mit einem Brenngasströmungspfad verbessert, wodurch die Effizienz des Systems verbessert werden kann.
  • Liste der Bezugnahmen
  • Patentliteratur
  • Patentdokument 1: JP3924243B
  • DARSTELLUNG
  • Technisches Problem
  • In einem Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem, in dem die Vielzahl von Brennstoffzellenmodulen wie in Patentdokument 1 vermittels Kaskadenschaltung verbunden sind, wird ein Ausleitungsbrenngas, das in einer vorangehenden Stufe aus einem Brennstoffzellenmodul ausgeleitet wird, in einem Brennstoffzellenmodul in einer nachfolgenden Stufe verwendet. Das Ausleitungsbrenngas, das dem Brennstoffzellenmodul in der nachfolgenden Stufe zugeführt wird, weist daher eine geringere Konzentration an Verbrennungsbestandteilen auf als das dem Brennstoffzellenmodul in der vorangehenden Stufe zugeführte Brenngas. Folglich wird die Leistung des Brennstoffzellenmoduls in der nachfolgenden Stufe im Vergleich zum Brennstoffzellenmodul in der vorangegangenen Stufe unterdrückt und die durch die Stromerzeugung erzeugte Wärmemenge verringert, was dazu führen kann, dass es schwierig wird, eine Temperatur für den korrekten Betrieb der Brennstoffzellenmodule aufrechtzuerhalten. Es wird angemerkt, dass eine solche Situation insbesondere bei Teillastbetrieb oder bei Übergangsbetrieb, bei dem sich die erforderliche Systemlast ändert, auftritt, was die Systemstabilität beeinträchtigen kann.
  • Ferner verwendet jedes Brennstoffzellenmodul Dampf zum Reformieren eines Methanbestandteils, der in dem für die Stromerzeugungsreaktion zu verwendenden Brenngas enthalten ist. Da jedoch das Ausleitungsbrenngas aus dem Brennstoffzellenmodul in der vorangehenden Stufe an das Brennstoffzellenmodul in der nachfolgenden Stufe zugeführt wird, kann es sein, dass je nach Leistungserzeugungszustand des Brennstoffzellenmoduls in der vorangehenden Stufe nicht genügend Dampf für die Reformierung zur Verfügung steht. In dem oben beschriebenen Patentdokument 1 wird die Menge des Brenngases, das zusätzlich an das Brennstoffzellenmodul in der nachfolgenden Stufe zugeführt wird, auf Grundlage des in dem Ausleitungsbrenngas des Brennstoffzellenmoduls in der vorangehenden Stufe enthaltenen Dampfes bestimmt, wodurch S/C (Verhältnis von Dampf/Brennstoffbestandteil) gesteuert wird. Da jedoch die in dem Ausleitungsbrenngas enthaltene Wassermenge in Abhängigkeit von dem Stromerzeugungszustand (Lastfaktor, Brennstoffausnutzungsgrad usw.) des Brennstoffzellenmoduls in der vorangehenden Stufe variiert, ist es schwierig, das geeignete S/C-Verhältnis beizubehalten, insbesondere in dem Übergang, wenn sich die erforderliche Systemlast ändert.
  • Zumindest ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung erfolgte in Anbetracht der obigen Ausführungen und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung liegt darin, ein Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem bereitzustellen, das einen stabilen Betriebszustand hat und in der Lage ist, einen guten Systemwirkungsgrad in dem Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem, das eine Vielzahl von Brennstoffzellenmodulen aufweist, die in Bezug auf die Strömung eines Brenngases in Reihe (Kaskade) geschaltet sind, zu erreichen.
  • Lösung des Problems
  • Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, weist zumindest ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung auf: ein erstes Brennstoffzellenmodul, das in der Lage ist, mit einem Brenngas Strom zu erzeugen; eine erste Ausleitungsbrenngasleitung, durch die ein aus dem ersten Brennstoffzellenmodul ausgeleitetes erstes Ausleitungsbrenngas strömt; ein zweites Brennstoffzellenmodul, das in der Lage ist, mit dem ersten Ausleitungsbrenngas Strom zu erzeugen; eine zweite Ausleitungsbrenngasleitung, durch die ein aus dem zweiten Brennstoffzellenmodul ausgeleitetes zweites Ausleitungsbrenngas strömt; und eine erste Rezirkulationsleitung, die von der zweiten Ausleitungsbrenngasleitung rezirkuliert, um das zweite Ausleitungsbrenngas an eine brennstoffseitige Elektrode des zweiten Brennstoffzellenmoduls zuzuführen.
  • Vorteilhafte Wirkungen
  • Gemäß zumindest einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, ein Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem bereitzustellen, das einen stabilen Betriebszustand aufweist und das in der Lage ist, einen guten Systemwirkungsgrad in dem Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem zu erreichen, das eine Vielzahl von Brennstoffzellenmodulen aufweist, die in Bezug auf die Strömung eines Brenngases in Reihe (Kaskade) geschaltet sind.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Ansicht eines SOFC-Moduls gemäß einer Ausführungsform.
    • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer SOFC-Kartusche, aus der sich das SOFC-Modul gemäß einer Ausführungsform zusammensetzt.
    • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Zellenstapels, aus dem sich das SOFC-Modul gemäß einer Ausführungsform zusammensetzt.
    • 4 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems gemäß einer Ausführungsform.
    • 5 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform.
    • 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer erforderlichen Systemlast und einem Stromerzeugungsleistungswert in Bezug auf das in 4 dargestellte Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem zeigt.
    • 7 ist ein Diagramm, das den Betriebszustand des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems aus 4 zeigt, wenn die erforderliche Systemlast eine Nennlast (100 %) ist.
    • 8 ist ein Diagramm, das den Betriebszustand des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems aus 4 zeigt, wenn die erforderliche Systemlast eine Minimallast (zum Beispiel 20 %) ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Manche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass, sofern nicht besonders kenntlich gemacht, Abmessungen, Materialien, Formen, Relativpositionen und dergleichen von in den Zeichnungen beschriebenen oder gezeigten Bauteilen als die Ausführungsformen nur als veranschaulichend auszulegen sind und nicht beabsichtigt ist, dass diese den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einschränken.
  • Im Folgenden werden zur Vereinfachung der Beschreibung die Positionsbeziehungen zwischen den jeweiligen Bauteilen mit den Ausdrücken „oberes“ und „unteres“ in Bezug auf die Zeichnung beschrieben, um die vertikale obere Seite bzw. die vertikale untere Seite zu bezeichnen. Solange in der vorliegenden Ausführungsform in der Hoch-Runter-Richtung und in der horizontalen Richtung die gleiche Wirkung erzielt wird, ist die Hoch-Runter-Richtung in der Zeichnung nicht notwendigerweise auf die vertikale Hoch-Runter-Richtung beschränkt, sondern kann zum Beispiel der horizontalen Richtung orthogonal zur vertikalen Richtung entsprechen.
  • Nachstehend wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der als Brennstoffzelle eine Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) verwendet wird, die ein Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem bildet. In manchen Ausführungsformen kann jedoch als Brennstoffzelle, die das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem bildet, eine Brennstoffzelle eines anderen Typs als die SOFC (zum Beispiel Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen (MCFC) usw.) verwendet werden.
  • (Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls)
  • Zunächst wird ein Brennstoffzellenmodul, das ein Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem gemäß manchen Ausführungsformen bildet, unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. 1 ist eine schematische Ansicht eines SOFC-Moduls (Brennstoffzellenmodul) gemäß einer Ausführungsform. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer SOFC-Kartusche (Brennstoffzellenkartusche) die das SOFC-Modul (Brennstoffzellenmodul) gemäß einer Ausführungsform bildet. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Zellenstapels, aus dem sich das SOFC-Modul (Brennstoffzellenmodul) gemäß einer Ausführungsform zusammensetzt.
  • Wie in 1 dargestellt, weist ein SOFC-Modul (Brennstoffzellenmodul) 210 beispielsweise eine Vielzahl von SOFC-Kartuschen (Brennstoffzellenkartuschen) 203 und einen Druckbehälter 205 zur Aufnahme der Vielzahl von SOFC-Kartuschen 203 auf. Obwohl in 1 ein zylindrischer SOFC-Zellenstapel 101 dargestellt ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht unbedingt darauf beschränkt, und es kann beispielsweise auch ein flacher Zellenstapel verwendet werden. Ferner weist das Brennstoffzellenmodul 210 Brenngaszufuhrrohren 207, eine Vielzahl von Brenngaszufuhrabzweigrohren 207a, Brenngasausleitungsleitungen 209 und eine Vielzahl von Brenngasausleitungsabzweigrohre 209a auf. Darüber hinaus weist das Brennstoffzellenmodul 210 eine Oxidationsmittelzufuhrleitung (nicht dargestellt) und eine Oxidationsmittelzufuhrabzweigleitung (nicht dargestellt) sowie eine Oxidationsmittelausleitungsleitung (nicht dargestellt) und eine Vielzahl von Oxidationsmittelausleitungsabzweigleitungen (nicht dargestellt) auf.
  • Die Brenngaszufuhrrohren 207 sind außerhalb des Druckbehälters 205 angeordnet, sind mit einem Brenngaszufuhrteil (nicht dargestellt) zur Zuführung eines Brenngases mit einer vorgegebenen Gaszusammensetzung und einer vorgegebenen Durchflussrate entsprechend einer Energieerzeugungsmenge des Brennstoffzellenmoduls 210 verbunden und sind mit der Vielzahl von Brenngaszufuhrabzweigrohren 207a verbunden. Die Brenngaszufuhrabzweigrohre 207 rezirkulieren und leiten die vorbestimmte Durchflussrate des Brenngases, das von dem oben beschriebenen Brenngaszufuhrteil zugeführt wird, zu der Vielzahl von Brenngaszufuhrabzweigrohren 207a. Ferner sind die Brenngaszufuhrabzweigrohre 207a mit den Brenngaszufuhrrohren 207 verbunden und mit der Vielzahl von SOFC-Kartuschen 203 verbunden. Die Brenngaszufuhrabzweigrohre 207a leiten das von den Brenngaszufuhrrohren 207 zugeführte Brenngas an die Vielzahl von SOFC-Kartuschen 203 mit einer im Wesentlichen gleichen Durchflussrate ein und vereinheitlichen im Wesentlichen die Energieerzeugungsleistung der mehreren SOFC-Kartuschen 203.
  • Die Brenngasausleitungsabzweigrohre 209a sind mit der Vielzahl von SOFC-Kartuschen 203 verbunden und mit den Brenngasausleitungsrohren 209 verbunden. Die Brenngasausleitungsabzweigrohre 209a leiten ein von den SOFC-Kartuschen 203 ausgeleitetes Brenngas in die Brenngasausleitungsleitungen 209 ein. Ferner sind die Brenngasausleitungsrohre 209 mit der Vielzahl von Brenngasausleitungsabzweigrohre 209a verbunden, und ein Teil von jeder der Brenngasausleitungsrohre 209 ist außerhalb des Druckbehälters 205 angeordnet. Die Brenngasausleitungsrohre 209 leiten das von den Brenngasausleitungsabzweigrohren 209a stammende Ausleitungsbrenngas mit einer im Wesentlichen gleichen Durchflussrate nach außerhalb des Druckbehälters 205 aus.
  • Der Druckbehälter 205 wird bei einem Innendruck von 0,1 MPa bis ca. 3 MPa und einer Innentemperatur von einer Umgebungstemperatur bis ca. 550°C betrieben, und daher wird ein Material verwendet, das Druckbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit gegenüber einem Oxidationsmittel wie Sauerstoff aufweist, der in einem Oxidationsgas enthalten ist. Geeignet ist zum Beispiel ein Werkstoff aus rostfreiem Stahl, wie etwa SUS304.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird vorliegend ein Modus beschrieben, bei dem die Vielzahl von SOFC-Kartuschen 203 zusammengebaut und in dem Druckbehälter 205 eingehaust sind. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und zum Beispiel kann auch ein Modus verwendet werden, bei dem die SOFC-Kartuschen 203 in dem Druckbehälter 205 eingehaust sind, ohne zusammengebaut zu sein.
  • Wie in 2 gezeigt, weist die SOFC-Kartusche 203 die Vielzahl von Zellenstapeln 101, eine Stromerzeugungskammer 215, einen Brenngaszufuhrausgleichsbehälter 217, einen Brenngasausleitungsausgleichsbehälter 219, einen Oxidationsgas(Luft)zufuhrausgleichsbehälter 221 und einen Oxidationsmittelausleitungsausgleichsbehälter 223 auf. Ferner weist die SOFC-Kartusche 203 eine obere Röhrenplatte 225a, eine untere Röhrenplatte 225b, einen oberen Wärmeisolationskörper 227a und einen unteren Wärmeisolationskörper 227b auf.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind der Brenngaszufuhrausgleichsbehälter 217, der Brenngasausleitungsausgleichsbehälter 219, der Oxidationsgaszufuhrausgleichsbehälter 221 und der Oxidationsmittelausleitungsausgleichsbehälter 223 wie in 2 gezeigt angeordnet, wobei die SOFC-Kartusche 203 ist so aufgebaut, dass das Brenngas und das Oxidationsgas auf der Innenseite und der Außenseite des Zellenstapels 101 entgegengesetzt strömen. Dies ist jedoch nicht immer erforderlich. Beispielsweise können das Brenngas und das Oxidationsgas auf der Innenseite und der Außenseite des Zellenstapels 101 parallel zueinander strömen, oder das Oxidationsgas kann in einer zur Längsrichtung des Zellenstapels 101 orthogonalen Richtung strömen.
  • Die Stromerzeugungskammer 215 ist ein Bereich, der zwischen dem oberen Wärmeisolationskörper 227a und dem unteren Wärmeisolationskörper 227b gebildet wird. Die Stromerzeugungskammer 215 ist ein Bereich, in dem eine Einzelbrennstoffzelle 105 des Zellenstapels 101 angeordnet ist, und ist ein Bereich, in dem das Brenngas und das Oxidationsgas elektrochemisch zur Stromerzeugung umgesetzt werden. Ferner wird eine Temperatur in der Nähe des zentralen Abschnitts der Stromerzeugungskammer 215 in der Längsrichtung des Zellenstapels 101 durch ein Temperaturmessteil (einen Temperatursensor, wie etwa ein Thermoelement) überwacht und wird während eines gleichmäßigen Betriebs des Brennstoffzellenmoduls 210 zu einer Hochtemperaturhülle von ungefähr 700°C bis 1.000°C.
  • Der Brenngaszufuhrausgleichsbehälter 217 ist ein Bereich, der von einem oberen Gehäuse 229a und der oberen Röhrenplatte 225a der SOFC-Kartusche 203 umgeben ist, und mit dem Brenngaszufuhrabzweigrohr 207a durch ein Brenngaszufuhrloch 231a in Verbindung steht, das an der Oberseite des oberen Gehäuses 229a angeordnet ist. Ferner sind die Vielzahl von Zellenstapeln 101 durch ein Dichtungselement 237a mit der oberen Röhrenplatte 225a verbunden, und der Brenngaszufuhrausgleichsbehälter 217 leitet das Brenngas, das von dem Brenngaszufuhrabzweigrohr 207a über das Brenngaszufuhrloch 231a zugeführt wird, in die Substratrohre 103 der mehreren Zellenstapel 101 mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Strömungsrate ein und vereinheitlicht im Wesentlichen die Energieerzeugungsleistung der Vielzahl von Zellenstapeln 101.
  • Der Brenngasausleitungsausgleichsbehälter 219 ist ein Bereich, der von einem unteren Gehäuse 229b und der unteren Röhrenplatte 225b der SOFC-Kartusche 203 umgeben ist, und steht mit dem Brenngasausleitungsabzweigrohr 209a (nicht gezeigt) durch eine Brenngasausleitungsloch 231b in Verbindung, das in dem unteren Gehäuse 229b vorgesehen ist. Ferner sind die mehreren Zellenstapel 101 mit der unteren Röhrenplatte 225b durch ein Dichtungselement 237b verbunden, und der Brenngasausleitungsausgleichsbehälter 219 sammelt das Ausleitungsbrenngas, das dem Brenngasausleitungsausgleichsbehälter 219 durch das Innere der Substratrohre 103 der mehreren Zellenstapel 101 zugeführt wird, und leitet das gesammelte Ausleitungsbrenngas über das Brenngasausleitungsloch 231b in das Brenngasausleitungsabzweigrohr 209a ein.
  • Das Oxidationsgas mit der vorgegebenen Gaszusammensetzung und der vorgegebenen Durchflussrate wird entsprechend der Energieerzeugungsmenge des Brennstoffzellenmoduls 210 in die Oxidationsmittelzufuhrabzweigleitung rezirkuliert an die Vielzahl von SOFC-Kartuschen 203 zugeführt. Der Oxidationsmittelzufuhrausgleichsbehälter 221 ist ein Bereich, der von dem unteren Gehäuse 229b, der unteren Röhrenplatte 225b und dem unteren Wärmeisolationskörper(Träger) 227b der SOFC-Kartusche 203 umgeben ist, und mit dem Oxidationsmittelzufuhrzweigrohr (nicht dargestellt) durch ein Oxidationsmittelzufuhrloch 23a in Verbindung steht, das in einer Seitenfläche des unteren Gehäuses 229b angeordnet ist. Der Oxidationsmittelzufuhrausgleichsbehälter 221 leitet die vorbestimmte Strömungsrate des Oxidationsgases, das von der Oxidationsmittel-Zuführungszweigleitung (nicht dargestellt) über die Oxidationsmittel-Zuführungsbohrung 233a zugeführt wird, über einen später beschriebenen Oxidationsmittelzufuhrspalt 235a in die Stromerzeugungskammer 215 ein.
  • Der Oxidationsmittelausleitungsausgleichsbehälter 223 ist ein Bereich, der von dem oberen Gehäuse 229a, der oberen Röhrenplatte 225a und dem oberen Wärmeisolationskörper(Träger) 227a der SOFC-Kartusche 203 umgeben ist, und steht mit dem Oxidationsmittelausleitungsabzweigrohr (nicht gezeigt) durch ein Oxidationsmittelausleitungsloch 233b in Verbindung, das in einer Seitenfläche des oberen Gehäuses 229a angeordnet ist. Der Oxidationsmittelausleitungsausgleichsbehälter 223 leitet das oxidierte Ausleitungsbrenngas, das dem Oxidationsmittelausleitungsausgleichsbehälter 223 über einen später beschriebenen Oxidationsmittelausleitungsspalt 235b zugeführt wird, von der Stromerzeugungskammer 215 über die Oxidationsmittelausleitungsloch 233b in das Oxidationsmittelausleitungsabzweigrohr (nicht dargestellt) ein.
  • Die obere Röhrenplatte 225a ist an den Seitenplatten des oberen Gehäuses 229a so befestigt, dass die obere Röhrenplatte 225a, eine obere Platte des oberen Gehäuses 229a und der obere Wärmeisolationskörper 227a im Wesentlichen parallel zueinander sind, und zwar zwischen der oberen Platte des oberen Gehäuses 229a und dem oberen Wärmeisolationskörper 227a. Ferner weist die obere Röhrenplatte 225a eine Vielzahl von Löchern auf, die der Anzahl der in der SOFC-Kartusche 203 vorgesehenen Zellenstapel 101 entsprechen, und die Zellenstapel 101 werden jeweils in die Löcher eingesetzt. Die obere Röhrenplatte 225a stützt ein Ende von jedem der Vielzahl von Zellenstapeln 101 über das Dichtungselement 237a oder ein Klebematerial luftdicht ab und isoliert den Brenngaszufuhrausgleichsbehälter 217 vom Oxidationsmittelausleitungsausgleichsbehälter 223.
  • Der obere Wärmeisolationskörper 227a ist an einem unteren Ende des oberen Gehäuses 229a so angeordnet, dass der obere Wärmeisolationskörper 227a, die obere Platte des oberen Gehäuses 229a und die obere Röhrenplatte 225a im Wesentlichen parallel zueinander sind, und ist an den Seitenplatten des oberen Gehäuses 229a befestigt. Ferner weist der obere Wärmeisolationskörper 227a eine Vielzahl von Löchern auf, die der Anzahl der in der SOFC-Kartusche 203 vorgesehenen Zellenstapel 101 entsprechen. Jedes der Löcher hat einen Durchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des Zellenstapels 101. Der obere Wärmeisolationskörper 227a beinhaltet den Oxidationsmittelausleitungsspalt 235b, der zwischen einer Innenfläche des Lochs und einer Außenfläche des durch den oberen Wärmeisolationskörper 227a eingesetzten Zellenstapels 101 gebildet wird.
  • Der obere Wärmeisolationskörper 227a trennt die Stromerzeugungskammer 215 und den Oxidationsmittelausleitungsausgleichsbehälter 223 und unterdrückt eine Verringerung der Festigkeit oder eine Zunahme der Korrosion durch ein Oxidationsmittel, das in dem Oxidationsgas enthalten ist, aufgrund einer erhöhten Temperatur der Atmosphäre um die obere Röhrenplatte 225a. Die obere Röhrenplatte 225a etc. ist aus einem Metallmaterial mit hoher Temperaturbeständigkeit, wie etwa Inconel, hergestellt, und es wird eine thermische Verformung, die dadurch verursacht wird, dass die obere Röhrenplatte 225a oder dergleichen einer hohen Temperatur in der Stromerzeugungskammer 215 ausgesetzt wird und eine Temperaturdifferenz in der oberen Röhrenplatte 225a oder ähnlichem erhöht, verhindert. Darüber hinaus leitet der obere Wärmeisolationskörper 227a ein oxidiertes Ausleitungsbrenngas, das die Stromerzeugungskammer 215 durchlaufen hat und der hohen Temperatur ausgesetzt war, durch den Oxidationsmittelausleitungsspalt 235b in den Oxidationsmittelausleitungsausgleichsbehälter 223 ein.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform strömen aufgrund der oben beschriebenen Struktur der SOFC-Kartusche 203 das Brenngas und das Oxidationsgas auf der Innenseite und der Außenseite des Zellenstapels 101 entgegengesetzt. Folglich tauscht das oxidierte Ausleitungsbrenngas Wärme mit dem Brenngas, das durch das Innere des Substratrohrs 103 an die Stromerzeugungskammer 215 zugeführt wird, wird auf eine Temperatur abgekühlt, bei der die obere Röhrenplatte 225a etc., die aus dem Metallmaterial hergestellt ist, keiner Verformung, wie etwa Knicken, ausgesetzt ist, und wird an den Oxidationsmittelausleitungsausgleichsbehälter 223 zugeführt. Ferner wird die Temperatur des Brenngases durch den Wärmeaustausch mit dem oxidierten Ausleitungsbrenngas, das aus der Stromerzeugungskammer 215 ausgeleitet und der Stromerzeugungskammer 215 zugeführt wird, erhöht. Dadurch kann das Brenngas, das vorgewärmt und auf eine für die Stromerzeugung geeignete Temperatur gebracht wurde, ohne dass eine Heizeinrichtung oder dergleichen verwendet werden muss, an die Stromerzeugungskammer 215 zugeführt werden.
  • Die untere Röhrenplatte 225b ist an den Seitenplatten des unteren Gehäuses 229b so befestigt, dass die untere Röhrenplatte 225b, eine Bodenplatte des unteren Gehäuses 229b und der untere Wärmeisolationskörper 227b, zwischen der Bodenplatte des unteren Gehäuses 229b und dem unteren Wärmeisolationskörper 227b im Wesentlichen parallel zueinander sind. Ferner weist die untere Röhrenplatte 225b eine Vielzahl von Löchern auf, die der Anzahl der in der SOFC-Kartusche 203 vorgesehenen Zellenstapel 101 entsprechen, und die Zellenstapel 101 werden jeweils in die Löcher eingesetzt. Die untere Röhrenplatte 225b stützt ein anderes Ende jedes der Vielzahl von Zellenstapeln 101 über das Dichtungselement 237b oder das Klebematerial luftdicht ab und isoliert den Brenngasausleitungsausgleichsbehälter 219 vom Oxidationsmittelzufuhrausgleichsbehälter 221.
  • Der untere Wärmeisolationskörper 227b ist an einem oberen Ende des unteren Gehäuses 229b so angeordnet, dass der untere Wärmeisolationskörper 227b, die Bodenplatte des unteren Gehäuses 229b und die untere Röhrenplatte 225b im Wesentlichen parallel zueinander sind, und ist an den Seitenplatten des unteren Gehäuses 229b befestigt. Ferner weist der untere Wärmeisolationskörper 227b eine Vielzahl von Löchern auf, die der Anzahl der in der SOFC-Kartusche 203 vorgesehenen Zellenstapel 101 entsprechen. Jedes der Löcher hat einen Durchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des Zellenstapels 101. Der untere Wärmeisolationskörper 227b weist den Oxidationsmittelzufuhrspalt 235a auf, der zwischen einer Innenfläche des Lochs und der Außenfläche des durch den unteren Wärmeisolationskörper 227b eingeführten Zellenstapels 101 gebildet wird.
  • Der untere Wärmeisolationskörper 227b trennt die Stromerzeugungskammer 215 und den Oxidationsmittelzufuhrausgleichsbehälter 221 und unterdrückt die Abnahme der Festigkeit oder die Zunahme der Korrosion durch das im Oxidationsgas enthaltene Oxidationsmittel aufgrund einer erhöhten Temperatur der Atmosphäre um die untere Röhrenplatte 225b. Die untere Röhrenplatte 225b etc. ist aus einem Metallmaterial mit hoher Temperaturbeständigkeit, wie etwa Inconel, gebildet, und es wird eine thermische Verformung verhindert, die dadurch verursacht wird, dass die untere Röhrenplatte 225b oder dergleichen einer hohen Temperatur ausgesetzt wird und eine Temperaturdifferenz in der unteren Röhrenplatte 225b oder ähnlichem erhöht wird. Ferner leitet der untere Wärmeisolationskörper 227b das Oxidationsgas, das an den Oxidationsmittelzufuhrausgleichsbehälter 221 zugeführt wird, durch den Oxidationsmittelzufuhrspalt 235a in die Stromerzeugungskammer 215 ein.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform strömen aufgrund der oben beschriebenen Struktur der SOFC-Kartusche 203 das Brenngas und das Oxidationsgas auf der Innenseite und der Außenseite des Zellenstapels 101 entgegengesetzt. Folglich tauscht das Ausleitungsbrenngas, das durch die Stromerzeugungskammer 215 durch das Innere des Substratrohrs 103 gelangt ist, Wärme mit dem Oxidationsgas aus, das der Stromerzeugungskammer 215 zugeführt wird, und wird auf eine Temperatur abgekühlt, bei der die untere Röhrenplatte 225b oder dergleichen, die aus dem Metallmaterial hergestellt ist, keiner Verformung, wie etwa Knicken, unterliegt, und wird an den Brenngasausleitungsausgleichsbehälter 219 zugeführt. Ferner wird die Temperatur des Oxidationsgases durch den Wärmeaustausch mit dem Ausleitungsbrenngas erhöht und der Stromerzeugungskammer 215 zugeführt. Dadurch kann das Oxidationsgas, das auf eine für die Stromerzeugung benötigte Temperatur angehoben wird, ohne die Heizeinrichtung oder dergleichen zu verwenden, an die Stromerzeugungskammer 215 zugeführt werden.
  • Nach der Ableitung in die Nähe des Endes des Zellenstapels 101 durch einen Leitungsfilm 115, der in der Vielzahl von Einzelbrennstoffzellen 105 angeordnet ist und aus Ni/YSZ oder ähnlichem hergestellt ist, wird die in der Stromerzeugungskammer 215 erzeugte Gleichstromleistung über eine Stromkollektorplatte (nicht gezeigt) an einem Stromkollektorstab (nicht gezeigt) der SOFC-Kartusche 203 gesammelt und aus jeder SOFC-Kartusche 203 entnommen. Die Gleichstromleistung, die vom Stromkollektorstab nach außerhalb der SOFC-Kartusche 203 abgeleitet wird, verbindet die erzeugten Leistungen der jeweiligen SOFC-Kartuschen 203 durch eine vorbestimmte Reihen- und Parallelzahl miteinander und wird zur Außenseite des Brennstoffzellenmoduls 210 abgeleitet, durch eine Leistungsumwandlungsvorrichtung (einen Wechselrichter oder dergleichen), wie einen Stromkonditionierer (nicht gezeigt), in eine vorgegebene Wechselstromleistung umgewandelt und an ein Stromversorgungsziel (zum Beispiel ein Lastsystem oder ein Versorgungsnetz) zugeführt.
  • Wie in 3 gezeigt, weist der Zellenstapel 101 beispielhaft das zylindrisch geformte Substratrohr 103, die Vielzahl von Einzelbrennstoffzellen 105, die auf einer äußeren Umfangsfläche des Substratrohrs 103 ausgebildet sind, und einen Interkonnektor 107, der zwischen den benachbarten Einzelbrennstoffzellen 105 ausgebildet ist, auf. Jede der Einzelbrennstoffzellen 105 wird durch Laminieren einer brennstoffseitigen Elektrode 109, eines Elektrolyten 111 und einer sauerstoffseitigen Elektrode 113 gebildet. Ferner beinhaltet der Zellenstapel 101 den Leitungsfilm 115, der über den Interkonnektor 107 elektrisch mit der sauerstoffseitigen Elektrode 113 der Einzelbrennstoffzelle 105 verbunden ist, die an dem in axialer Richtung am weitesten entfernten Ende des Substratrohrs 103 ausgebildet ist, und beinhaltet den Leitungsfilm 115, der elektrisch mit der brennstoffseitigen Elektrode 109 der Einzelbrennstoffzelle 105 verbunden ist, die an dem am weitesten entfernten anderen Ende der Vielzahl von Einzelbrennstoffzellen 105 ausgebildet ist, die an der äußeren Umfangsfläche des Substratrohrs 103 ausgebildet sind.
  • Das Substratrohr 103 ist aus einem porösen Material hergestellt und enthält beispielsweise CaO-stabilisiertes ZrO2 (CSZ), eine Mischung (CSZ+NiO) aus CSZ und Nickeloxid (NiO) oder Y O23 stabilisiertes ZrO2 (YSZ), MgAl O24 etc. als Hauptbestandteil. Das Substratrohr 103 trägt die Einzelbrennstoffzellen 105, die Verbindungsleitung 107 und den Leitungsfilm 115 und leitet das einer inneren Umfangsfläche des Substratrohrs 103 zugeführte Brenngas über eine Pore des Substratrohrs 103 zur brennstoffseitigen Elektrode 109, die an der äußeren Umfangsfläche des Substratrohrs 103 ausgebildet ist.
  • Die brennstoffseitige Elektrode 109 ist aus einem Oxid eines Verbundmaterials aus Ni und einem Elektrolytmaterial auf Zirkoniumdioxidbasis gebildet, wobei beispielsweise Ni/YSZ verwendet wird. Die brennstoffseitige Elektrode 109 hat eine Dicke von 50 µm bis 250 µm, und die brennstoffseitige Elektrode 109 kann durch Siebdrucken einer Aufschlämmung gebildet werden. In diesem Fall wirkt das Ni, das Bestandteil der brennstoffseitigen Elektrode 109 ist, katalytisch auf das Brenngas. Durch die Katalyse wird das über das Substratrohr 103 zugeführte Brenngas, zum Beispiel ein Mischgas aus Methan (CH4) und Wasserdampf, zu Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) reformiert. Anschließend setzt die brennstoffseitige Elektrode 109 elektrochemisch den durch die Reformierung gewonnenen Wasserstoff (H2) und das Kohlenmonoxid (CO) mit über den Elektrolyten 111 zugeführten Sauerstoffionen (O2-) in der Nähe der Grenzfläche zum Elektrolyten 111 zu Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2) um. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Einzelbrennstoffzelle 105 Strom durch Elektronen, die von Sauerstoffionen ausgeleitet werden.
  • Das Brenngas, das der brennstoffseitigen Elektrode 109 der Festoxidbrennstoffzelle zugeführt und für diese verwendet werden kann, umfasst beispielsweise ein Vergasungsgas, das aus Erdöl, Methanol und einem kohlenstoffhaltigen Rohstoff wie Kohle durch eine Vergasungsanlage hergestellt wird, zusätzlich zu Wasserstoff (H2) und Gas auf Kohlenwasserstoffbasis aus Kohlenmonoxid (CO), Methan (CH4) etc. Stadtgas oder Naturgas.
  • Als Elektrolyt 111 wird hauptsächlich YSZ verwendet, das eine gasdichte Eigenschaft, die den Durchtritt von Gasen erschwert, und eine hohe Sauerstoffionenleitfähigkeit bei hohen Temperaturen aufweist. Der Elektrolyt 111 transportiert die in der sauerstoffseitigen Elektrode erzeugten Sauerstoffionen (O2-) zur brennstoffseitigen Elektrode. Der Elektrolyt 111, der sich auf einer Oberfläche der brennstoffseitigen Elektrode 109 befindet, hat eine Schichtdicke von 10 µm bis 100 µm, und der Elektrolyt 111 kann durch Siebdruck der Aufschlämmung gebildet werden.
  • Die sauerstoffseitige Elektrode 113 ist beispielsweise aus einem Oxid auf LaSrMnO3 -Basis oder einem Oxid auf LaCoO3 -Basis gebildet, und die sauerstoffseitige Elektrode 113 wird mit der Aufschlämmung durch Siebdruck oder einen Dispenser beschichtet. Die sauerstoffseitige Elektrode 113 dissoziiert den Sauerstoff im Oxidationsgas, wie etwa zugeführte Luft, um in der Nähe der Grenzfläche zum Elektrolyten 111 Sauerstoffionen (O2-) zu erzeugen.
  • Die sauerstoffseitige Elektrode 113 kann auch einen zweischichtigen Aufbau haben. In diesem Fall ist die sauerstoffseitige Elektrodenschicht (sauerstoffseitige Elektrodenzwischenschicht) auf der Seite des Elektrolyten 111 aus einem Material gefertigt, das eine hohe Ionenleitfähigkeit aufweist und eine ausgezeichnete katalytische Aktivität besitzt. Die sauerstoffseitige Elektrodenschicht (leitfähige Schicht der sauerstoffseitigen Elektrode) auf der Zwischenschicht der sauerstoffseitigen Elektrode kann aus einem Oxid vom Perowskit-Typ zusammengesetzt sein, das durch Sr und Ca-dotiertes LaMnO3 repräsentiert wird. Auf diese Weise lässt sich die Stromerzeugungsleistung weiter verbessern.
  • Das Oxidationsgas ist ein Gas mit einem Sauerstoffgehalt von etwa 15 bis 30 %, wobei Luft repräsentativ geeignet ist. Neben Luft kann jedoch auch ein Mischgas aus einem Verbrennungsabgas und Luft, ein Mischgas aus Sauerstoff und Luft oder dergleichen verwendet werden.
  • Der Interkonnektor 107 ist aus einem leitfähigen Oxid des Perowskit-Typs gebildet, repräsentiert durch M1-xLxTiO3 (M ist ein Erdalkalimetallelement, L ist ein Lanthanoidelement), wie etwa das SrTiO3 System, und druckt die Schlacke im Siebdruckverfahren. Der Interkonnektor 107 weist eine dichte Folie auf, so dass sich das Brenngas und das Oxidationsgas nicht miteinander vermischen. Darüber hinaus hat der Interkonnektor 107 eine stabile Haltbarkeit und elektrische Leitfähigkeit sowohl unter einer oxidierenden als auch unter einer reduzierenden Atmosphäre. In den benachbarten Einzelbrennstoffzellen 105 verbindet der Interkonnektor 107 die sauerstoffseitige Elektrode 113 der einen Einzelbrennstoffzelle 105 und die brennstoffseitige Elektrode 109 einer anderen Einzelbrennstoffzelle 105 elektrisch und schaltet die benachbarten Einzelbrennstoffzellen 105 in Reihe miteinander.
  • Der Leitungsfilm 115 muss eine Elektronenleitfähigkeit und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, der dem eines anderen Materials, aus dem der Zellenstapel 101 aufgebaut ist, nahe kommt, und ist daher aus einem Verbunderkstoff aus einem Elektrolytmaterial auf Zirkoniumdioxidbasis und Ni wie Ni/YSZ oder M1-x LxTiO3 (M ist ein Erdalkalimetallelement, L ist ein Lanthanoidelement) wie dem System SrTiO3 gebildet. Der Leitungsfilm 115 leitet den Gleichstrom ab, der in der Vielzahl der durch den Interkonnektor 107 in Reihe geschalteten Einzelbrennstoffzellen 105 in der Umgebung des Endes des Zellenstapels 101 erzeugt wird.
  • Bei manchen Ausführungsformen können die brennstoffseitige Elektrode oder die sauerstoffseitige Elektrode und das Substratrohr, anstatt wie oben beschrieben getrennt voneinander vorgesehen zu sein, dick ausgebildet sein, um auch als Substratrohr zu dienen. Obwohl das Substratrohr in der vorliegenden Ausführungsform mit dem Subtratrohr mit zylindrischer Form beschrieben wird, ist ein Querschnitt des Substratrohrs nicht unbedingt auf eine kreisförmige Form beschränkt, sondern kann beispielsweise eine elliptische Form haben, solange das Substratrohr eine Röhrenform aufweist. Es kann ein Zellenstapel verwendet werden, der beispielsweise eine flache Röhrenform hat, die durch vertikales Zusammendrücken einer Umfangsseitenfläche des Zylinders erhalten wird.
  • (Konfiguration eines Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems)
  • Als nächstes wird ein Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem 1 beschrieben, das das Brennstoffzellenmodul 210 mit der oben beschriebenen Konfiguration verwendet. 4 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems 1 gemäß einer Ausführungsform.
  • Wie in 4 zeigt, weist das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem 1 ein Brennstoffzellenteil 10, das ein erstes Brennstoffzellenmodul 210A und ein zweites Brennstoffzellenmodul 210B aufweist, eine Brenngaszufuhrleitung 20 zum Zuführen eines Brenngases Gf an das Brennstoffzellenteil 10, eine erste Ausleitungsbrenngasleitung 22A, durch die ein erstes Ausleitungsbrenngas Gef1, das von dem ersten Brennstoffzellenmodul 210A abgeleitet wird, strömt, eine zweite Ausleitungsbrenngasleitung 22B, durch die ein zweites Ausleitungsbrenngas Gef2, das von dem zweiten Brennstoffzellenmodul 210B ausgeleitet wird, strömt, eine Oxidationsmittelzufuhrleitung 40 zum Zuführen eines Oxidationsgases Go an das Brennstoffzellenteil 10, eine erste Ausleitungsleitung für oxidiertes Ausleitungsbrenngas 42A, durch die ein erstes Ausleitungsoxidationsgas Geo1, das von dem ersten Brennstoffzellenmodul 210A abgeleitet wird, strömt, und eine zweite erste Ausleitungsleitung für oxidiertes Ausleitungsbrenngas 42B, durch die ein zweites Ausleitungsoxidationsgas Geo2 von dem zweiten Brennstoffzellenmodul 210B strömt, auf.
  • Die Oxidationsmittelzufuhrleitung 40 kann mit einem Booster (nicht dargestellt) versehen sein, um den Druck des an das Brennstoffzellenteil 10 zugeführten Oxidationsgases Go zu erhöhen. Bei dem Booster handelt es sich beispielsweise um einen Kompressor oder ein Rezirkulationsgebläse.
  • Das erste Brennstoffzellenmodul 210A und das zweite Brennstoffzellenmodul 210B sind mit zumindest einer Brennstoffzellenkartusche 203 versehen, wie oben beschrieben, und die Brennstoffzellenkartusche 203 kann aus einer Vielzahl von Zellenstapeln 101 gebildet sein, die jeweils eine Vielzahl von Einzelbrennstoffzellen 105 enthalten (siehe 1 und 2). Jede der Einzelbrennstoffzellen 105 weist die brennstoffseitige Elektrode 109, den Elektrolyten 111 und die sauerstoffseitige Elektrode 113 auf (vgl. 3).
  • In 4 ist das Brennstoffzellenteil 10 so konfiguriert, dass durch Reihenschaltung (Kaskade) des ersten Brennstoffzellenmoduls 210Aund des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B mit der Brenngaszufuhrleitung 20 das in der vorangehenden Stufe aus dem ersten Brennstoffzellenmodul 210A abgesaugte erste Ausleitungsbrenngas Gef1 dem zweiten Brennstoffzellenmodul 210B in der nachfolgenden Stufe über die erste Ausleitungsbrenngasleitung 22A zugeführt wird. Ferner wird ein Teil des ersten Ausleitungsbrenngases Gef1, das durch die erste Ausleitungsbrenngasleitung 22A strömt, über eine zweite Rezirkulationsleitung 24A durch ein erstes Rezirkulationsgasrezirkulationsgebläse 28A einem Brenngaseinlass des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A zugeführt. Das zweite Ausleitungsbrenngas Gef2 aus dem zweiten Brennstoffzellenmodul 210B wird in der nachfolgenden Stufe über die zweite Ausleitungsbrenngasleitung 22B nach außen abgeleitet. Ferner kann ein Teil des durch die zweite Ausleitungsbrenngasleitung 22B strömenden zweiten Ausleitungsbrenngases Gef2 über eine erste Rezirkulationsleitung 24B durch ein zweites Rezirkulationsgasrezirkulationsgebläse 28B an einen Brenngaseinlass des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B zugeführt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Fall veranschaulicht, bei dem zwei Brennstoffzellenmodule in Reihe (Kaskade) an die Brenngaszufuhrleitung 20 angeschlossen sind. Es können jedoch beliebig viele (zumindest 3) Brennstoffzellenmodule in Reihe (Kaskade) geschaltet werden.
  • Ferner ist in 4 beispielhaft ein Fall dargestellt, in dem das erste Brennstoffzellenmodul 210A und das zweite Brennstoffzellenmodul 210B parallel an die Oxidationsmittelzufuhrleitung 40 angeschlossen sind. Das heißt, das erste Brennstoffzellenmodul 210A in der vorangehenden Stufe und das zweite Brennstoffzellenmodul 210B in der nachfolgenden Stufe sind so konfiguriert, dass sie einzeln von den stromaufwärts verzweigten Oxidationsmittelzufuhrleitungen 42A und 42B mit Luft versorgt werden. Das erste Ausleitungsbrenngas Geo1 des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A der Vorstufe wird über eine erste Ausleitungsleitung für oxidiertes Ausleitungsbrenngas 42C und das zweite Ausleitungsoxidationsgas Geo2 des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B der nachfolgenden Stufe über eine zweite Ausleitungsleitung für oxidiertes Ausleitungsbrenngas 42D nach außen abgeführt.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die Oxidationsmittelzufuhrleitung 40 in Reihe (Kaskade) mit dem ersten Brennstoffzellenmodul 210Aund dem zweiten Brennstoffzellenmodul 210B geschaltet sein, aus denen das Brennstoffzellenteil 10 aufgebaut ist. Das bedeutet, dass ein Teil oder die Gesamtheit des ersten oxidierten Ausleitungsbrenngases Geo1 aus dem ersten Brennstoffzellenmodul 210A an das zweite Brennstoffzellenmodul 210B zugeführt werden kann.
  • Die Brenngaszufuhrleitung 20 entspricht der in 1 dargestellten Brenngaszufuhrleitung 207, und die erste Ausleitungsbrenngasleitung 22A ist mit einem in 1 dargestellten Brenngasausleitungsrohr 209 verbunden. Ferner ist die zweite Ausleitungsbrenngasleitung 22B mit dem Brenngasausleitungsrohr 209 des in 1 dargestellten zweiten Brennstoffzellenmoduls verbunden.
  • Die Oxidationsmittelzufuhrleitung 42A, 42B entspricht einer Oxidationsmittelzufuhrleitung (in 1 nicht dargestellt), und die erste Oxidationsgasausleitungsleitung 42C für ist mit einem Oxidationsmittelausleitungsrohr verbunden (in 1 nicht dargestellt). Die zweite Oxidationsgasausleitungsleitung 42D entspricht einem Oxidationsmittelausleitungsrohr (in 1 nicht dargestellt).
  • Das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem 1 weist die erste Rezirkulationsleitung 24B auf, die von der zweiten Ausleitungsbrenngasleitung 22B rezirkuliert. Die erste Rezirkulationsleitung 24B ist mit der ersten Ausleitungsbrenngasleitung 22A verbunden und so konfiguriert, dass sie das zweite Ausleitungsbrenngas Gef2 vom zweiten Brennstoffzellenmodul 210B an die Stromaufwärtsseite des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B zuführt (d.h. die erste Rezirkulationsleitung 24B ist so konfiguriert, dass sie das zweite Ausleitungsbrenngas Gef2 zirkuliert und an das zweite Brennstoffzellenmodul 210B zuführt).
  • Somit ist es unabhängig vom Betriebszustand des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A in der vorangegangenen Stufe möglich, durch die Steuerung einer Recycle-Zufuhrmenge aus dem zweiten Ausleitungsbrenngas Gef2 über die erste Rezirkulationsleitung 24B den zur Reformierung des dem zweiten Brennstoffzellenmodul 210B zugeführten Brenngases benötigten Dampf zweckmäßig sicherzustellen. Somit kann unabhängig vom Betriebszustand des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A der Betriebszustand des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B stabilisiert werden, auch wenn sich eine erforderliche Systemlast Ls ändert.
  • Die erste Rezirkulationsleitung 24B kann mit einem Ventil zur Steuerung der Durchflussrate des zweiten Ausleitungsbrenngases Gef2 versehen sein, das durch die erste Rezirkulationsleitung 24B strömt. In diesem Fall kann der Öffnungsgrad des Ventils durch einen später zu beschreibenden Controller 380 gesteuert werden.
  • Ferner weist das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem 1 die zweite Rezirkulationsleitung 24A auf, die von der ersten Ausleitungsbrenngasleitung 22A rezirkuliert. Die zweite Rezirkulationsleitung 24A ist mit der Brenngaszufuhrleitung 20 verbunden und so konfiguriert, dass sie das erste Ausleitungsbrenngas Gef1 vom ersten Brennstoffzellenmodul 210A zur stromaufwärts gelegenen Seite des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A liefert (d.h. die zweite Rezirkulationsleitung 24A ist so konfiguriert, dass sie das erste Ausleitungsbrenngas Gef1 zirkuliert und zum ersten Brennstoffzellenmodul 210A liefert). Durch die Steuerung der Zufuhrmenge des ersten Ausleitungsbrenngases Gef1 über die zweite Rezirkulationsleitung 24A ist es somit möglich, die für die Reformierung des Brenngases im ersten Brennstoffzellenmodul 210A erforderliche Feuchtigkeit zweckmäßig sicherzustellen.
  • Die zweite Rezirkulationsleitung 24A kann mit einem Ventil zum Steuern der Durchflussrate des ersten Ausleitungsbrenngases Gef1 versehen sein, das durch die zweite Rezirkulationsleitung 24A strömt. In diesem Fall kann der Öffnungsgrad des Ventils von dem später zu beschreibenden Controller 380 gesteuert werden.
  • Ein erster Zusammenflussabschnitt 26A mit der ersten Rezirkulationsleitung 24B ist in der ersten Ausleitungsbrenngasleitung 22A stromaufwärts eines zweiten Verzweigungsabschnitts 26B von der zweiten Rezirkulationsleitung 24A angeordnet. Somit ist es möglich, den durch die Stromerzeugung des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B erzeugten Dampf an das erste Brennstoffzellenmodul 201A zuzuführen, selbst wenn sich das erste Brennstoffzellenmodul 210A in einem Nicht-Stromerzeugungszustand befindet, (Hot-Standby).
  • 5 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems 1 gemäß einer anderen Ausführungsform. In 5 sind die Konfigurationen, die denen in 4 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen, und redundante Beschreibungen werden gegebenenfalls weggelassen, es sei denn, dies wird ausdrücklich anders angegeben.
  • Wie in 5 gezeigt, kann in einer anderen Ausführungsform das Rezirkulationsgebläse 28 in der ersten Ausleitungsbrenngasleitung 22A zwischen dem ersten Zusammenflussabschnitt 26A mit der ersten Rezirkulationsleitung 24B und dem zweiten Verzweigungsabschnitt 26B von der zweiten Rezirkulationsleitung 24A vorgesehen sein. Das Rezirkulationsgebläse 28 ist stromaufwärts des zweiten Verzweigungsabschnitts 26B angeordnet, wodurch das erste Ausleitungsbrenngas Gef1 zirkuliert und über die zweite Rezirkulationsleitung 24A an das erste Brennstoffzellenmodul 210A zugeführt wird. Ferner ist das Rezirkulationsgebläse 28 stromabwärts des ersten Zusammenflussabschnitts 26A angeordnet, wodurch die erste Rezirkulationsleitung 24B mit einem Unterdruck beaufschlagt wird und das zweite Ausleitungsbrenngas Gef2 über die erste Rezirkulationsleitung 24B zum zweiten Brennstoffzellenmodul 210B zirkuliert und geleitet wird. Mit dem einen Rezirkulationsgebläse 28, das auf diese Weise an der ersten Ausleitungsbrenngasleitung 22A angeordnet ist, ist es möglich, die Zirkulation und die Zufuhr des Brenngases in das zweite Brennstoffzellenmodul 210B und das zweite Brennstoffzellenmodul 210B über die erste Rezirkulationsleitung 24B und die zweite Rezirkulationsleitung 24A, die oben beschrieben sind, zu verwirklichen (d.h. die Systemkonfiguration kann vereinfacht werden, indem die Anzahl der Rezirkulationsgebläse im Vergleich zu dem Fall reduziert wird, in dem die Rezirkulationsgebläse an der ersten Rezirkulationsleitung 24B bzw. der zweiten Rezirkulationsleitung 24A angeordnet sind).
  • Ferner weist das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem 1 eine zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung 24C auf, die die zweite Ausleitungsbrenngasleitung 22B und die Oxidationsmittelzufuhrleitung 42A verbindet, so dass das zweite Ausleitungsbrenngas Gef2 an die Oxidationsmittelzufuhrleitung 42A des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A zugeführt werden kann. Die sauerstoffseitige Elektrode 113 der Einzelbrennstoffzelle hat die Funktion, als Katalysator bei der katalytischen Verbrennungsreaktion zwischen dem Brennstoffbestandteil und dem Sauerstoff zu wirken. Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird, da das zweite Ausleitungsbrenngas Gef2 vom zweiten Brennstoffzellenmodul 210B der sauerstoffseitigen Elektrode 113 des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A zugeführt wird, der im Ausleitungsbrenngas enthaltene unverbrauchte Brennstoffbestandteil durch Ausnutzung der katalytischen Wirkung der sauerstoffseitigen Elektrode 113 angemessen verbrannt, wodurch es möglich ist, eine vorgegebene Temperatur aufrechtzuerhalten, selbst wenn sich das erste Brennstoffzellenmodul im Nicht-Stromerzeugungszustand (Hot-Standby) befindet.
  • Die obigen Ausführungen werden nun genauer beschrieben. In der Festoxidbrennstoffzelle ist die Temperatur der Stromerzeugungskammer 215 während des Betriebs eine hohe Temperatur von etwa 600°C bis 1.000°C, und der Hochtemperaturzustand wird autonom durch die aufgrund der Stromerzeugung erzeugte Wärme aufrechterhalten. Der Nicht-Stromerzeugungszustand (Hot-Standby) wird jedoch durch den Rückgang der erforderlichen Systemlast Ls erreicht, zum Beispiel sinkt die Temperatur, wenn die Stromerzeugungsreaktion endet. Wenn die erforderliche Systemlast Ls wieder ansteigt und die Stromerzeugung wieder aufgenommen wird, muss die Temperatur der Stromerzeugungskammer 215 daher auf eine Temperatur erhöht werden, die die Stromerzeugung ermöglicht, und es ist schwierig, der Änderung der erforderlichen Systemlast Ls schnell nachzufolgen.
  • Um ein solches Problem anzugehen, kann in der vorliegenden Ausführungsform, selbst wenn sich das erste Brennstoffzellenmodul 210A im Nicht-Stromerzeugungszustand (Hot-Standby) befindet, die Stromerzeugungskammer 215 des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A auf der für die Stromerzeugung erforderlichen Temperatur gehalten werden, da das zweite Ausleitungsbrenngas Gef2 vom zweiten Brennstoffzellenmodul 210B über die zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung 24C der sauerstoffseitigen Elektrode 113 des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A zugeführt und verbrannt wird. Auf diese Weise kann das erste Brennstoffzellenmodul 210A im Nicht-Stromerzeugungszustand (Hot-Standby) schnell in den Stromerzeugungszustand geschaltet werden, wodurch ein gutes Lastansprechverhalten erreicht wird. Darüber hinaus kann die Temperatur in einem solchen Nicht-Stromerzeugungszustand (Hot-Standby-Zustand) aufrechterhalten werden, ohne dass dem ersten Brennstoffzellenmodul 210A von außen zusätzliches Brenngas zugeführt wird, wodurch der Energieverbrauch unterdrückt wird und der Wirkungsgrad der Stromerzeugung im System verbessert wird, wenn die erforderliche Systemlast abnimmt.
  • Die Temperatur der Stromerzeugungskammer 215 im Nicht-Stromerzeugungszustand (Hot-Standby-Zustand) beträgt beispielsweise etwa 600°C bis 900°C.
  • Die Zufuhr des zweiten Ausleitungsbrenngases Gef2 an das erste Brennstoffzellenmodul 210A über die zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung 24C kann zusätzlich zu dem Fall, in dem das erste Brennstoffzellenmodul 210A wie oben beschrieben im Nicht-Stromerzeugungszustand (Hot-Standby) gehalten wird, in einem Fall erfolgen, in dem im ersten Brennstoffzellenmodul 210A eine Verbrennung durchgeführt wird, um den im zweiten Ausleitungsbrenngas Gef2 enthaltenen, ungenutzten Brennstoffbestandteil (Wasserstoff, CO, Methan usw.) nicht nach außen abzuführen. Dieser Fall ist insofern vorteilhaft, als die Abgasbehandlungsvorrichtung zur Behandlung des im zweiten Ausleitungsbrenngas Gef2 enthaltenen ungenutzten Brennstoffbestandteils vereinfacht werden kann.
  • Ferner kann die dritte Rezirkulationsleitung 24C mit einem Ventil zur Steuerung der Durchflussrate des zweiten Ausleitungsbrenngases Gef2 versehen sein, das durch die dritte Rezirkulationsleitung 24C strömt. In diesem Fall kann der Öffnungsgrad des Ventils von dem später zu beschreibenden Controller 380 gesteuert werden.
  • Das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem 1 weist ferner eine zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung 24D auf, die die zweite Ausleitungsbrenngasleitung 22B und die Oxidationsmittel-Zufuhrleitung 42B verbindet, so dass das zweite Ausleitungsbrenngas Gef2 an die Oxidationsmittel-Zufuhrleitung 42B des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B zugeführt werden kann. Die sauerstoffseitige Elektrode 113 der Einzelbrennstoffzelle kann eine Struktur aufweisen, die als Katalysator bei der katalytischen Verbrennungsreaktion zwischen dem Brennstoffbestandteil und dem Sauerstoff wirkt. Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird, da das zweite Ausleitungsbrenngas Gef2 von dem zweiten Brennstoffzellenmodul 210B der sauerstoffseitigen Elektrode 113 des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B zugeführt wird, der in dem Ausleitungsbrenngas enthaltene unverbrauchte Brennstoffbestandteil zweckmäßig verbrannt, indem die katalytische Wirkung der sauerstoffseitigen Elektrode 113 ausgenutzt wird, wodurch es möglich ist, die vorgegebene Temperatur aufrechtzuerhalten, selbst wenn sich das zweite Brennstoffzellenmodul in dem Nicht-Stromerzeugungszustand (Hot-Standby) oder im Minimallastbetriebszustand befindet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann die Stromerzeugungskammer 215 des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B auf der für die Stromerzeugung erforderlichen Temperatur gehalten werden, selbst wenn sich das zweite Brennstoffzellenmodul 210B im Nicht-Stromerzeugungszustand (Hot-Standby) oder im Zustand des Minimallastbetriebs befindet, da das zweite Ausleitungsbrenngas Gef2 vom zweiten Brennstoffzellenmodul 210B über die zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung 24D der sauerstoffseitigen Elektrode 113 des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B zugeführt und verbrannt wird. Auf diese Weise kann das zweite Zellmodul 210B im Nicht-Stromerzeugungszustand (Hot-Standby) schnell in den Stromerzeugungszustand geschaltet werden, wodurch ein gutes Lastansprechverhalten erreicht wird. Darüber hinaus kann die Temperatur in einem solchen Nicht-Stromerzeugungs-(Hot-Standby-) oder Minimallast-Zustand aufrechterhalten werden, ohne dass an das zweite Brennstoffzellenmodul 210A von außen zusätzliches Brenngas zugeführt wird, wodurch der Brennstoffverbrauch unterdrückt wird und der Wirkungsgrad der Stromerzeugung des Systems verbessert wird, wenn die erforderliche Systemlast abnimmt.
  • Ferner kann die zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung 24D mit einem Ventil zur Steuerung der Durchflussrate des zweiten Ausleitungsbrenngases Gef2 versehen sein, der durch die zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung 24D strömt. In diesem Fall kann der Öffnungsgrad des Ventils von dem später zu beschreibenden Controller 380 gesteuert werden.
  • Ferner weist das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem 1 einen Controller 380 zur Steuerung jedes Bauteils des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems 1 auf. Der Controller 380 weist beispielsweise einen Hauptprozessor (CPU), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), ein computerlesbares Speichermedium und dergleichen auf. Dann wird eine Reihe von Prozessen zur Verwirklichung verschiedener Funktionen in dem Speichermedium oder ähnlichem, beispielsweise in Form eines Programms, gespeichert. Die CPU liest das Programm in den Arbeitsspeicher oder dergleichen aus und führt die Verarbeitung/Berechnung von Informationen aus, wodurch die verschiedenen Funktionen realisiert werden. Das Programm kann in einer Konfiguration angewendet werden, in der das Programm im ROM oder einem anderen Speichermedium im Voraus installiert wird, in einer Konfiguration, in der das Programm in einem Zustand bereitgestellt wird, in dem es in dem computerlesbaren Speichermedium gespeichert ist, in einer Konfiguration, in der das Programm über eine drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationseinrichtung verteilt ist, oder in einer ähnlichen Konfiguration. Das computerlesbare Speichermedium ist eine Magnetplatte, eine magneto-optische Platte, eine CD-ROM, eine DVD-ROM, ein Halbleiterspeicher oder dergleichen.
  • Die Steuerinhalte des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems 1 durch den Controller 380 werden unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 beschrieben. Die Steuerinhalte zeigen eine Ausführungsform und definieren nicht das Steuerungsverfahren.
  • 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der erforderlichen Systemlast Ls und einem Stromerzeugungsleistungswert in Bezug auf das in 4 dargestellte Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem 1 zeigt. 7 ist ein Diagramm, das den Betriebszustand des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems 1 aus 4 zeigt, wenn die erforderliche Systemlast Ls 100 % beträgt. 8 ist ein Diagramm, das den Betriebszustand des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems 1 aus 4 zeigt, wenn die erforderliche Systemlast Ls 20 % beträgt.
  • 6 zeigt einen Stromerzeugungsleistungswert P des gesamten Systems des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems 1, einen Stromerzeugungsleistungswert PA des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A und einen Stromerzeugungsleistungswert PB des zweiten Brennstoffzellenmoduls in jeweiligen Prozentsätzen relativ zur Nennleistung des gesamten Systems.
  • Der Controller 380 steuert das erste Brennstoffzellenmodul 210A und das zweite Brennstoffzellenmodul 210B auf Grundlage der erforderlichen Systemlast Ls. Die erforderliche Systemlast Ls ist ein Parameter, der von außerhalb des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems 1 befohlen wird und auf Grundlage des Strombedarfs für das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem 1 variiert. Zum Beispiel ändert sich die erforderliche Systemlast Ls entsprechend dem Stromerzeugungsstatus eines anderen Stromerzeugungssystems (Stromerzeugungssystem für erneuerbare Energien), das an das Stromnetz angeschlossen ist, das ein Stromversorgungsziel des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems 1 ist, oder dem Strombedarf für das Stromnetz. Der Controller 380 steuert die Betriebszustände des ersten Brennstoffzellenmoduls 210Abzw. des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B auf Grundlage einer solchen erforderlichen Systemlast Ls, wodurch der Stromerzeugungsleistungswert P des gesamten Systems so angepasst wird, dass er der erforderlichen Systemlast Ls entspricht.
  • In einem typischen Brennstoffzellen-Kaskaden-Stromerzeugungssystem wird der Brennstoff entsprechend der erforderlichen Systemlast Ls an das erste Brennstoffzellenmodul 210A zugeführt, und im zweiten Brennstoffzellenmodul 210B wird die Energieerzeugung entsprechend dem ungenutzten Brennstoff durchgeführt, der in dem ersten Ausleitungsbrenngas Gef1 enthalten ist, das aus dem ersten Brennstoffzellenmodul 210A ausgeleitet wird. Daher ist das Verhältnis der Stromerzeugungsleistung durch das erste Brennstoffzellenmodul 210A und das zweite Brennstoffzellenmodul 210B unabhängig von der erforderlichen Systemlast Ls im Wesentlichen konstant. Wenn beispielsweise das Verhältnis der Nennleistungswerte des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A und des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B 8:2 beträgt, werden 80 % der erforderlichen Systemlast Ls auf das erste Brennstoffzellenmodul 210A und die restlichen 20 % auf das zweite Brennstoffzellenmodul 210B verteilt.
  • Währenddessen steuert der Controller 380 in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, die Leistung PA des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A entsprechend der erforderlichen Systemlast Ls variabel, während der Controller 380 die Leistung PB des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B so steuert, dass sie eine voreingestellte, im Wesentlichen konstante Leistung ist. Das bedeutet, der Stromerzeugungsleistungswert PB des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B wird in der nachfolgenden Stufe unabhängig von der erforderlichen Systemlast Ls auf den im Wesentlichen konstanten Sollwert gesteuert, und die Änderung der erforderlichen Systemlast Ls wird durch Regelung des Betriebszustands des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A in der vorangehenden Stufe berücksichtigt. Da der Stromerzeugungsleistungswert PB des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B so gesteuert wird, dass er unabhängig von der erforderlichen Systemlast Ls im Wesentlichen konstant ist, erzeugt das zweite Brennstoffzellenmodul 210B in der nachfolgenden Stufe, die eine geringere Nennleistung als das erste Brennstoffzellenmodul aufweist, Strom mit einer im Wesentlichen konstanten Leistung, und die Temperatur der Stromerzeugungskammer wird beibehalten, wodurch der Einfluss auf die erforderliche Systemlast Ls minimiert und das Lastansprechverhalten des Systems verbessert werden kann.
  • Der konstante Sollwert des Stromerzeugungsleistungswerts PB des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B wird zum Beispiel auf den Nennleistungswert des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B eingestellt. Somit kann das zweite Brennstoffzellenmodul 210B unabhängig von der erforderlichen Systemlast Ls einen Nennbetrieb durchführen, was eine effiziente Stromerzeugung ermöglicht. Somit kann auch bei einer Änderung der erforderlichen Systemlast Ls ein guter Systemwirkungsgrad erreicht werden, während sich der Betriebszustand des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B in der nachfolgenden Stufe stabilisiert.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Nennleistungswert des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B kleiner als der Nennleistungswert des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A. Da das zweite Brennstoffzellenmodul 210B die kleinere Wärmeerzeugungsmenge hat, die mit der Stromerzeugung einhergeht, als das erste Brennstoffzellenmodul 210A und auch die kleinere Wärmekapazität als das erste Brennstoffzellenmodul 210A hat, ist es schwierig, die Temperatur der Stromerzeugungskammer immer auf der korrekten Temperatur für die erforderliche Systemlast Ls zu halten. Da jedoch, wie oben beschrieben, der Stromerzeugungsleistungswert PB des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B so gesteuert wird, dass er der konstante Sollwert ist, wird es einfacher, die korrekte Temperatur aufrechtzuerhalten, und der stabile Systembetrieb ist selbst dann, wenn sich die erforderliche Systemlast Ls ändert, oder während des Teillastbetriebs möglich.
  • Die 7 und 8 zeigen beispielhaft einen Fall, in dem der Gesamtnennleistungswert des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems 1 100 kW beträgt, der Nennleistungswert des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A 80 kW und der Nennleistungswert des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B 20 kW beträgt. Wie in 7 gezeigt, werden in dem Fall, in dem die erforderliche Systemlast Ls 100 % (d. h. 100 kW) beträgt, wenn das durch die Brenngaszufuhrleitung 20 strömende Brenngas Gf 100 ist, im ersten Brennstoffzellenmodul 210A in der vorangehenden Stufe 80 % des Brenngases Gf mit einer Brennstoffausnutzungsgrad Uf=80 % verbraucht und die restlichen 20 % als erstes Ausleitungsbrenngas Gef1 abgeleitet. Das erste Ausleitungsbrenngas Gef1 wird in der nachfolgenden Stufe dem zweiten Brennstoffzellenmodul 210B zugeführt. Im zweiten Brennstoffzellenmodul 210B werden 50% des ersten Ausleitungsbrenngases Gef1 mit dem Brennstoffausnutzungsgrad Uf=50% verbraucht und die restlichen 10% werden als zweites Ausleitungsbrenngas Gef2 ausgeleitet, so dass der Brennstoffausnutzungsgrad des Gesamtsystems 90% beträgt.
  • Die 10 % zweites Ausleitungsbrenngas Gef2 können direkt nach außen abgeleitet werden, aber in 7 wird durch Zuführen des zweiten Ausleitungsbrenngases Gef2 an die Oxidationsmittelzufuhrleitung 42A des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A über die zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung 24C der im zweiten Ausleitungsbrenngas Gef2 enthaltene, ungenutzte Brennstoffbestandteil verbrannt und dann nach außen abgeleitet.
  • Ferner, wenn die erforderliche Systemlast Ls nicht größer als der Nennleistungswert des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B ist (zum Beispiel bei Auftreten von Überschussstrom durch das Stromerzeugungssystem für erneuerbare Energien, das an das Stromnetz angeschlossen ist, das das Ziel der Stromversorgung des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems 1 ist, oder nachts, wenn der Strombedarf gering ist), kann der Controller 380 die Leistung des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A auf den Minimallastbetrieb reduzieren, der erforderlich ist, um die Kohlenstoffablagerung aufgrund des zugeführten Brennstoffs zu unterdrücken. In diesem Fall wird die Temperaturaufrechterhaltung des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A durch die Zufuhr des zweiten Ausleitungsbrenngases Gef2 an die sauerstoffseitige Elektrode 113 des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A über die zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung 24C und die Verbrennung des zweiten Ausleitungsbrenngases Gef2, wie oben beschrieben, verwirklicht. Im Minimallast-Betriebszustand des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A wird der in dem Ausleitungsbrenngas des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B, das bei Nennlast mit Reformierdampf arbeitet, enthaltene Dampf durch das Rezirkulationsgebläse 28 in die Brennstoffzufuhrleitung 20 des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A eingespeist, was den Betrieb mit geringerer Last oder ohne Last ermöglicht. Da auch in diesem Fall das erste Brennstoffzellenmodul 210A auf der für den Betrieb der Brennstoffzelle erforderlichen Temperatur oder auf einer Temperatur nahe dieser Temperatur gehalten wird, wird die Stromerzeugung durch das erste Brennstoffzellenmodul 210A wieder aufgenommen, wenn die erforderliche Systemlast Ls in der Zukunft ansteigt, und es wird eine gute Lastfolgefähigkeit erreicht, während der mit dem Start/Stopp des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A einhergehende Energieverbrauch vermieden wird.
  • 8 zeigt den Betriebszustand des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems 1 für den Fall, dass die erforderliche Systemlast Ls 20 % beträgt, das erste Brennstoffzellenmodul 210A sich im Zustand des Leerlaufbetriebs (Hot-Standby) befindet und der Nennleistungswert des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B 20 kW beträgt, als Beispiel für den Teillastbetrieb. In diesem Fall wird, unter der Annahme, dass das durch die Brenngaszufuhrleitung 20 strömende Brenngas Gf 20 ist, das erste Brennstoffzellenmodul 210A in der vorangehenden Stufe in den Zustand des Leerlaufbetriebs (hot standby) gesteuert, und der zur Vermeidung von Kohlenstoffablagerungen notwendige Dampf wird mit dem zweiten Ausleitungsbrenngas Gef2 aus dem zweiten Brennstoffmodul 210B über die erste Rezirkulationsleitung 24B und die zweite Rezirkulationsleitung 24B zugeführt. Im zweiten Brennstoffzellenmodul 210B werden 80 % des an die erste Brennstoffzelle zugeführten Brenngases Gf mit dem Brennstoffausnutzungsgrad Uf=80 % verbraucht, und wenn die Nennleistung der erforderlichen Systemlast Ls 100 beträgt, werden 4 % des Brennstoffs als zweites Ausleitungsbrenngas Gef2 ausgeleitet. Die 4 % des zweiten Ausleitungsbrenngases Gef2 werden der sauerstoffseitigen Elektrode 113 des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A über die zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung 24C zugeführt und damit zur Aufrechterhaltung der Temperatur im Leerlaufbetrieb (Hot Standby) des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A verwendet.
  • Wenn die erforderliche Systemlast Ls unter den Nennleistungswert des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B abfällt (zum Beispiel bei Auftreten von Überschussstrom durch das Stromerzeugungssystem für erneuerbare Energien, das mit dem Stromnetz verbunden ist, das das Stromversorgungsziel des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems 1 ist, oder nachts, wenn der Strombedarf niedrig ist), kann der Controller 380 zusätzlich zu dem ersten Brennstoffzellenmodul 210A auch das zweite Brennstoffzellenmodul 210B so steuern, dass es in den Niedriglastbetriebszustand eintritt. Zu diesem Zeitpunkt wird das erste Brennstoffzellenmodul 210A so gesteuert, dass es sich im lastfreien Betriebszustand (Hot-Standby) befindet, und das zweite Brennstoffzellenmodul 210B wird so gesteuert, dass es sich im Niedriglastbetriebszustand befindet. Der lastfreie Betriebszustand (Hot-Standby) des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A wird durch Zuführen des zweiten Ausleitungsbrenngases Gef2 zu der sauerstoffseitigen Elektrode 113 des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A über die zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung 24C und Verbrennen des zweiten Ausleitungsbrenngases Gef2, wie oben beschrieben, verwirklicht. Ferner wird der Niedriglastbetriebszustand des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B durch Zuführen des zweiten Ausleitungsbrenngases Gef2 zu der sauerstoffseitigen Elektrode 113 des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B über die vierte Rezirkulationsleitung 24D und Verbrennen des zweiten Ausleitungsbrenngases Gef2, wie oben beschrieben, verwirklicht.
  • Da im Niedriglastbetriebszustand Dampf zugeführt wird, der notwendig ist, um Kohlenstoffablagerungen aufgrund der Stromerzeugung im zweiten Brennstoffzellenmodul 210B zu verhindern, wird das Brennstoffzellenmodul auf der für den Betrieb der Brennstoffzelle erforderlichen Temperatur oder auf einer Temperatur nahe dieser Temperatur gehalten, und das Brennstoffzufuhrsystem oder das Brennstoffrezirkulationssystem setzen den Betrieb fort, wenn die erforderliche Systemlast in der Zukunft ansteigt, wird die Stromerzeugung durch jedes Brennstoffzellenmodul in kurzer Zeit wieder aufgenommen, und es wird eine gute Lastfnachfolgbarkeit erzielt, während der Energieverbrauch im Zusammenhang mit dem Start/Stopp des Brennstoffzellenmoduls vermieden wird.
  • Wenn das erste Brennstoffzellenmodul 210A so gesteuert wird, dass es sich im lastfreien Zustand (Hot-Standby) befindet, und das zweite Brennstoffzellenmodul 210B so gesteuert wird, dass es sich im Niedriglastbetriebszustand befindet, wie oben beschrieben, kann der Controller 380 das zweite Brennstoffzellenmodul 210B so steuern, dass Stationsbetriebsstrom zur Aufrechterhaltung des Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystems 1 im Zustand des Leerlaufbetriebs (Hot-Standby) erzeugt wird. In diesem Fall führt das zweite Brennstoffzellenmodul 210B eine Mindestleistungserzeugung durch, so dass die Stationsbetriebsleistung, die erforderlich ist, um das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem 1 im Zustand des Leerlaufbetriebs (Hot-Standby) zu halten, oder sein eigener Zustand des Minimallastbetriebs erzeugt wird. Wenn die erforderliche Systemlast Ls in der Zukunft ansteigt, kann die Stromerzeugung in jedem Brennstoffzellenmodul schnell wieder aufgenommen werden, und es wird eine gute Lastfolgefähigkeit erreicht, während der mit dem Start/Stopp des Brennstoffzellenmoduls einhergehenden Energieverbrauch vermieden wird.
  • Ferner kann das System insgesamt in einem Zustand gehalten werden, in dem es jederzeit in der Lage ist, mit einem Minimum an Brennstoff Strom zu erzeugen, ohne von außen mit Strom versorgt zu werden (System), und die Betriebsfähigkeit als unabhängige Stromquelle wird verbessert.
  • Wie oben beschrieben, ist es gemäß jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen möglich, das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem 1 bereitzustellen, das einen stabilen Betriebszustand aufweist und in der Lage ist, eine gute Lastfolgefähigkeit und einen guten Systemwirkungsgrad in dem Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem 1 zu erreichen, das eine Vielzahl von Brennstoffzellenmodulen umfasst, die in Bezug auf den Brenngasfluss in Reihe (Kaskade) geschaltet sind.
  • Die in den obigen Ausführungsformen beschriebenen Inhalte sind beispielsweise wie folgt zu verstehen.
  • (1) Ein Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem gemäß einem Aspekt weist auf: ein erstes Brennstoffzellenmodul (wie das erste Brennstoffzellenmodul 210A der oben beschriebenen Ausführungsform), das in der Lage ist, Energie mit einem Brenngas (wie dem Brenngas Gf1 der oben beschriebenen Ausführungsform) zu erzeugen; eine erste Ausleitungsbrenngasleitung (wie die erste Ausleitungsbrenngasleitung 22A der oben beschriebenen Ausführungsform), durch die ein erstes Ausleitungsbrenngas (wie das erste Ausleitungsbrenngas Gef1 der oben beschriebenen Ausführungsform), das aus dem ersten Brennstoffzellenmodul ausgeleitet wird, strömt; ein zweites Brennstoffzellenmodul (wie das zweite Brennstoffzellenmodul 210B der oben beschriebenen Ausführungsform), das in der Lage ist, mit dem ersten Ausleitungsbrenngas Strom zu erzeugen; eine zweite Ausleitungsbrenngasleitung (wie die zweite Ausleitungsbrenngasleitung 22B der oben beschriebenen Ausführungsform), durch die ein zweites Ausleitungsbrenngas (wie das zweite Ausleitungsbrenngas Gef2 der oben beschriebenen Ausführungsform), das von dem zweiten Brennstoffzellenmodul ausgeleitet wird, strömt; und eine erste Rezirkulationsleitung (wie die erste Rezirkulationsleitung 24B der oben beschriebenen Ausführungsform), die von der zweiten Ausleitungsbrenngasleitung rezirkuliert, um das zweite Ausleitungsbrenngas an eine brennstoffseitige Elektrode des zweiten Brennstoffzellenmoduls zuzuführen.
  • Mit dem obigen Aspekt (1) ist das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem, in dem das erste Brennstoffzellenmodul und das zweite Brennstoffzellenmodul in Bezug auf die Brenngasströmung in Reihe (Kaskade) geschaltet sind, so konfiguriert, dass das zweite Ausleitungsbrenngas, das aus dem zweiten Brennstoffzellenmodul ausgeleitet wird, der brennstoffseitigen Elektrode des zweiten Brennstoffzellenmoduls über die erste Rezirkulationsleitung zugeführt werden kann. Somit kann unabhängig vom Betriebszustand des ersten Brennstoffzellenmoduls durch Steuerung der Zufuhrmenge des zweiten Ausleitungsbrenngases über die erste Rezirkulationsleitung die für die Reformierung des Brenngases im zweiten Brennstoffzellenmodul benötigte Feuchtigkeit zweckmäßig sichergestellt werden. So kann unabhängig vom Betriebszustand des ersten Brennstoffzellenmoduls der Betriebszustand des zweiten Brennstoffzellenmoduls stabilisiert werden, auch wenn sich eine erforderliche Systemlast ändert.
  • (2) In einem weiteren Aspekt des obigen Aspekts (1) umfasst das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem ferner: eine zweite Rezirkulationsleitung, die von der ersten Ausleitungsbrenngasleitung rezirkuliert, um das erste Ausleitungsbrenngas einer brennstoffseitigen Elektrode des ersten Brennstoffzellenmoduls zuzuführen. Die erste Rezirkulationsleitung ist so angeschlossen, dass sie sich stromaufwärts von einem Verzweigungsabschnitt der zweiten Rezirkulationsleitung mit der ersten Ausleitungsbrenngasleitung verbindet.
  • Mit dem obigen Aspekt (2) ist es möglich, den durch die Stromerzeugung des zweiten Brennstoffzellenmoduls erzeugten Dampf an das erste Brennstoffzellenmodul zuzuführen, selbst wenn sich das erste Brennstoffzellenmodul in Nicht-Stromerzeugungszustand (Hot Standby) befindet.
  • (3) In einem anderen Aspekt des obigen Aspekts (2) ist jede der ersten Rezirkulationsleitung und der zweiten Rezirkulationsleitung mit einem Rezirkulationsgebläse versehen.
  • Mit dem obigen Aspekt (3) ist es möglich, die Rezirkulationsmengen in der ersten Rezirkulationsleitung und in der zweiten Rezirkulationsleitung unabhängig voneinander zu steuern.
  • (4) In einem weiteren Aspekt des obigen Aspekts (2) ist ein Rezirkulationsgebläse (wie etwa das Rezirkulationsgebläse 28 der oben beschriebenen Ausführungsform) zum Pumpen des ersten Ausleitungsbrenngases in der ersten Ausleitungsbrenngasleitung vorgesehen, zwischen einem ersten Zusammenflussabschnitt (wie dem ersten Zusammenflussabschnitt 26A der oben beschriebenen Ausführungsform) mit der ersten Rezirkulationsleitung und einem zweiten Verzweigungsabschnitt (wie dem zweiten Verzweigungsabschnitt 26B der oben beschriebenen Ausführungsform) von der zweiten Rezirkulationsleitung vorgesehen.
  • Mit dem obigen Aspekt (4) kann, da das Rezirkulationsgebläse an der oben beschriebenen Position der ersten Ausleitungsbrenngasleitung vorgesehen ist, das zweite Ausleitungsbrenngas über die zweite Rezirkulationsleitung der brennstoffseitigen Elektrode des ersten Brennstoffzellenmoduls zugeführt werden und das zweite Ausleitungsbrenngas über die erste Rezirkulationsleitung der brennstoffseitigen Elektrode des zweiten Brennstoffzellenmoduls zugeführt werden.
  • (5) Bei einem weiteren Aspekt, in einem der obigen Aspekte (1) bis (4), weist das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem auf: einen Controller (wie etwa den Controller 380 der oben beschriebenen Ausführungsform) zum Steuern des ersten Brennstoffzellenmoduls und des zweiten Brennstoffzellenmoduls auf Grundlage einer erforderlichen Systemlast (wie der erforderlichen Systemlast Ls der oben beschriebenen Ausführungsform). Der Controller steuert eine Leistung des ersten Brennstoffzellenmoduls variabel entsprechend der erforderlichen Systemlast und steuert eine Leistung des zweiten Brennstoffzellenmoduls unabhängig von der erforderlichen Systemlast auf einen voreingestellten konstanten Sollwert.
  • Mit dem obigen Aspekt (5) wird die Leistung des zweiten Brennstoffzellenmoduls auf dem konstanten Sollwert gehalten, wenn sich die erforderliche Systemlast ändert, während die Leistung des ersten Brennstoffzellenmoduls variabel gesteuert wird und somit der erforderlichen Systemlast folgt. Da die Leistung des zweiten Brennstoffzellenmoduls unabhängig von der erforderlichen Systemlast auf den konstanten Sollwert gesteuert wird, ist es somit möglich, das Lastansprechverhalten des Systems zu verbessern und gleichzeitig den stabilen Betriebszustand des zweiten Brennstoffzellenmoduls beizubehalten.
  • (6) In einem weiteren Aspekt des obigen Aspekts (5) ist der konstante Sollwert im Wesentlichen ein Nennleistungswert des zweiten Brennstoffzellenmoduls.
  • Beim obigen Aspekt (6) wird die Leistung des zweiten Brennstoffzellen-Energieerzeugungsmoduls unabhängig von der erforderlichen Systemlast im Wesentlichen auf dem Nennleistungswert gehalten. Somit wird der Betriebszustand des zweiten Brennstoffzellenmoduls stabilisiert, selbst wenn sich die erforderliche Systemlast ändert, und es ist möglich, einen guten Stromerzeugungswirkungsgrad zu erzielen.
  • (7) In einem weiteren Aspekt des obigen Aspekts (5) oder (6) ist ein Nennleistungswert des zweiten Brennstoffzellenmoduls kleiner als ein Nennleistungswert des ersten Brennstoffzellenmoduls.
  • Da das zweite Brennstoffzellenmodul einen kleineren Nennleistungswert als das erste Brennstoffzellenmodul hat, ist die mit der Stromerzeugung einhergehende Wärmeerzeugungsmenge bei dem obigen Aspekt (7) gering. Da das zweite Brennstoffzellenmodul eine kleinere Wärmeerzeugungsmenge als das erste Brennstoffzellenmodul hat und die Wärmekapazität des Brennstoffzellenmoduls klein ist, ist es in einem solchen System schwierig, während der Laständerung oder während der Teillast die korrekte Temperatur aufrechtzuerhalten. Da jedoch, wie oben beschrieben, die Leistung des zweiten Brennstoffzellenmoduls auf einen konstanten Sollwert geregelt wird, ist es einfacher, die korrekte Temperatur aufrechtzuerhalten, und es ist selbst dann ein stabiler Systembetrieb möglich, wenn sich die erforderliche Systemlast ändert oder während des Teillastbetriebs.
  • (8) In einem weiteren Aspekt, in einem der obigen Aspekte (5) bis (7), steuert der Controller das erste Brennstoffzellenmodul so, dass es in einen Zustand des Leerlaufbetriebs (Hot-Standby) übergeht, wenn die erforderliche Systemlast nicht größer ist als ein Nennleistungswert des zweiten Brennstoffzellenmoduls.
  • Bei dem obigen Aspekt (8) wird das erste Brennstoffzellenmodul, dessen Leistung auf Grundlage der erforderlichen Systemlast variabel gesteuert wird, so gesteuert, dass es in den Zustand des Leerlaufbetriebs (Hot Standby) übergeht, wenn die erforderliche Systemlast nicht größer ist als der Nennleistungswert des zweiten Brennstoffzellenmoduls. Im Zustand des Leerlaufbetriebs (Hot-Standby) wird zwar keine Leistung erzeugt, da das Brennstoffzellenmodul auf der für den Betrieb der Brennstoffzelle erforderlichen Temperatur oder auf einer Temperatur nahe dieser Temperatur gehalten wird, aber wenn die erforderliche Systemlast in der Zukunft ansteigt, wird die Leistungserzeugung durch das erste Brennstoffzellenmodul schnell wieder aufgenommen, und es wird eine gute Lastfolgefähigkeit erreicht, während der mit dem Start/Stopp des Brennstoffzellenmoduls verbundene Energieverbrauch vermieden wird.
  • (9) In einem weiteren Aspekt, in einem der obigen Aspekte (5) bis (8), steuert der Controller das zweite Brennstoffzellenmodul, um Energie zu erzeugen, so dass durch Rezirkulation des zweiten Ausleitungsbrenngases des zweiten Brennstoffzellenmoduls Reformierdampf bereitgestellt wird, der zur Aufrechterhaltung eines Leerlaufbetriebs (Hot-Standby-Zustand) des ersten Brennstoffzellenmoduls erforderlich ist.
  • Mit dem obigen Aspekt (9) kann, da das zweite Ausleitungsbrenngas rezirkuliert und an das erste Brennstoffzellenmodul zugeführt wird, der Leerlaufbetriebszustand (Hot Standby) des zweiten Brennstoffzellenmoduls mit gutem Wirkungsgrad aufrechterhalten werden, indem der im zweiten Ausleitungsbrenngas enthaltene Dampf verwendet wird, ohne dass Dampf von außen zugeführt wird.
  • (10) Bei einem weiteren Aspekt, in einem der obigen Aspekte (5) bis (9), steuert der Controller das zweite Brennstoffzellenmodul so, dass Reformierdampf zugeführt wird, der zur Aufrechterhaltung eines Leerlaufbetriebs (Hot Standby) des ersten Brennstoffzellenmoduls erforderlich ist.
  • Mit dem obigen Aspekt (10), wenn das erste Brennstoffzellenmodul, das in dem Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem bereitgestellt ist, in dem Zustand des Leerlaufbetriebs (Hot-Standby) gehalten wird, erzeugt das zweite Brennstoffzellenmodul die Stationsbetriebsleistung, die erforderlich ist, um zu ermöglichen, dass Reformierdampf, der erforderlich ist, um Kohlenstoffablagerungen in dem ersten Brennstoffzellenmodul 210A zu verhindern, zugeführt wird, sowie um das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem 1 in dem Zustand des Leerlaufbetriebs (Hot-Standby) zu halten. So kann die Stromerzeugung in jedem Brennstoffzellenmodul schnell wieder aufgenommen werden, wenn die erforderliche Systemlast in der Zukunft ansteigt, und es wird eine gute Lastfolgefähigkeit erreicht, während gleichzeitig der mit dem Start/Stopp des Brennstoffzellenmoduls verbundene Energieverbrauch vermieden wird.
  • (11) In einem weiteren Aspekt, in einem der obigen Aspekte (1) bis (10), weist das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem ferner auf: eine zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung (wie 24C der oben beschriebenen Ausführungsform), die die zweite Ausleitungsbrenngasleitung 22B und eine Oxidationsmittelzufuhrleitung 42A des ersten Brennstoffzellenmoduls 210A verbindet, so dass das zweite Ausleitungsbrenngas Gef 2 an die Oxidationsmittelzufuhrleitung 42A zugeführt wird.
  • Mit dem obigen Aspekt (11) kann das zweite Ausleitungsbrenngas über die zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung an die sauerstoffseitige Elektrode des ersten Brennstoffzellenmoduls zugeführt werden. Infolgedessen wird das zweite Ausleitungsbrenngas in der sauerstoffseitigen Elektrode des ersten Brennstoffzellenmoduls verbrannt, und das erste Brennstoffzellenmodul kann so gesteuert werden, dass es sich im Zustand des Leerlaufbetriebs (Hot-Standby) befindet. Durch die effektive Nutzung des Ausleitungsbrenngases aus dem zweiten Brennstoffzellenmodul ohne Zugabe von Brenngas von außen ist es möglich, den Zustand des Leerlaufbetriebs (Hot-Standby) des ersten Brennstoffzellenmoduls effizient zu realisieren und gleichzeitig den Energieverbrauch zu unterdrücken.
  • (12) Bei einem weiteren Aspekt, nach einem der obigen Aspekte (1) bis (11), weist das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem ferner auf: eine zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung (wie 24D der oben beschriebenen Ausführungsform), die die zweite Ausleitungsbrenngasleitung 22B und eine Oxidationsmittel-Zufuhrleitung 42B des zweiten Brennstoffzellenmoduls 210B verbindet, so dass das zweite Ausleitungsbrenngas Gef2 an die Oxidationsmittel-Zufuhrleitung 42B zugeführt wird.
  • Mit dem obigen Aspekt (12) kann das zweite Ausleitungsbrenngas über die zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung an die sauerstoffseitige Elektrode des zweiten Brennstoffzellenmoduls zugeführt werden. Folglich wird das zweite Ausleitungsbrenngas in der sauerstoffseitigen Elektrode des zweiten Brennstoffzellenmoduls verbrannt, und das zweite Brennstoffzellenmodul kann so gesteuert werden, dass es sich in einem minimalen Niedriglastbetriebszustand befindet. Durch die Minimierung der Zufuhr von Brenngas von außen und die effektive Nutzung des Ausleitungsbrenngases des zweiten Brennstoffzellenmoduls ist es möglich, den Niedriglastbetriebszustand des zweiten Brennstoffzellenmoduls bei gleichzeitiger Unterdrückung des Energieverbrauchs effizient zu verwirklichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem
    10
    Brennstoffzellenteil
    20
    Brenngaszufuhrleitung
    22A
    erste Ausleitungsbrenngasleitung
    22B
    zweite Ausleitungsbrenngasleitung
    24A
    zweite Rezirkulationsleitung
    24B
    erste Rezirkulationsleitung
    24C
    zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung (für das erste Brennstoffzellenmodul)
    24D
    zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung (für das zweite Brennstoffzellenmodul)
    26A
    erster Zusammenflussabschnitt
    26B
    zweiter Verzweigungsabschnitt
    28
    Rezirkulationsgebläse
    28A
    erstes Rezirkulationsgebläse
    28B
    zweites Rezirkulationsgebläse
    40
    Oxidationsmittelzufuhrleitung
    42A
    erste Oxidationsmittelzufuhrleitung
    42B
    zweite Oxidationsmittelzufuhrleitung
    42C
    erste Oxidationsgasausleitungsleitung
    42D
    zweite Oxidationsgasausleitungsleitung
    101
    Zellenstapel
    103
    Substratrohr
    105
    Einzelbrennstoffzelle
    107
    Interkonnektor
    109
    kraftstoffseitige Elektrode
    111
    Elektrolyt
    113
    sauerstoffseitige Elektrode
    115
    Bleifilm
    210
    Brennstoffzellenmodul (SOFC-Modul)
    210A
    erstes Brennstoffzellenmodul
    210B
    zweites Brennstoffzellenmodul
    203
    Brennstoffzellenkartusche (SOFC-Kartusche)
    205
    Druckbehälter
    207
    Brenngaszufuhrleitung
    207a
    Brenngaszufuhrabzweigrohr
    209
    Brenngasausleitungsleitung
    209a
    Brenngasausleitungsabzweigrohr
    215
    Stromerzeugungskammer
    217
    Brenngaszufuhrleitung
    219
    Brenngasausleitungsausgleichsbehälter
    221
    Oxidationsmittelzufuhrausgleichsbehälter
    223
    Oxidationsmittelausleitungskrümmer
    225a
    obere Röhrenplatte
    225b
    untere Röhrenplatte
    227a
    oberer Wärmeisolationskörper
    227b
    unterer Wärmeisolationskörper
    229a
    oberes Gehäuse
    229b
    unteres Gehäuse
    231a
    Brenngaszufuhrloch
    231b
    Brennstoffausleitungsloch
    233a
    Oxidationsmittelzufuhrloch
    233b
    Oxidationsmittelausleitungsloch
    235a
    Oxidationsmittelzufuhrspalt
    235b
    Oxidationsmittelausleitungsspalt
    237a, 237b
    Dichtungselement
    380
    Controller
    Gef1
    erstes Ausleitungsbrenngas
    Gef2
    zweites Ausleitungsbrenngas
    Geo1
    erstes Ausleitungsoxidationsgas
    Geo2
    zweites Ausleitungsoxidationsgas
    Gf
    Brenngas
    Go
    Oxidationsgas
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 3924243 B [0005]

Claims (12)

  1. Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem, umfassend: ein erstes Brennstoffzellenmodul, das in der Lage ist, mit einem Brenngas Strom zu erzeugen; eine erste Ausleitungsbrenngasleitung, durch die ein erstes Ausleitungsbrenngas strömt, das aus dem ersten Brennstoffzellenmodul ausgeleitet wird; ein zweites Brennstoffzellenmodul, das mit dem ersten Ausleitungsbrenngas Strom erzeugen kann; eine zweite Ausleitungsbrenngasleitung, durch die ein zweites Ausleitungsbrenngas strömt, das aus dem zweiten Brennstoffzellenmodul ausgeleitet wird; und eine erste Rezirkulationsleitung, die von der zweiten Ausleitungsbrenngasleitung rezirkuliert, um das zweite Ausleitungsbrenngas an eine brennstoffseitige Elektrode des zweiten Brennstoffzellenmoduls zuzuführen.
  2. Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine zweite Rezirkulationsleitung, die von der ersten Ausleitungsbrenngasleitung rezirkuliert, um das erste Ausleitungsbrenngas an eine brennstoffseitige Elektrode des ersten Brennstoffzellenmoduls zuzuführen, wobei die erste Rezirkulationsleitung derart angeschlossen ist, dass sie sich mit der ersten Ausleitungsbrenngasleitung stromaufwärts eines Verzweigungsabschnitts der zweiten Rezirkulationsleitung verbindet.
  3. Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 2, wobei sowohl die erste Rezirkulationsleitung als auch die zweite Rezirkulationsleitung mit einem Rezirkulationsgebläse versehen sind.
  4. Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 2, wobei ein Rezirkulationsgebläse zum Pumpen des ersten Ausleitungsbrenngases in der ersten Ausleitungsbrenngasleitung zwischen einem ersten Zusammenflussabschnitt mit der ersten Rezirkulationsleitung und einem zweiten Verzweigungsabschnitt von der zweiten Rezirkulationsleitung vorgesehen ist.
  5. Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend: einen Controller zum Steuern des ersten Brennstoffzellenmoduls und des zweiten Brennstoffzellenmoduls auf Grundlage einer erforderlichen Systemlast, wobei der Controller eine Leistung des ersten Brennstoffzellenmoduls gemäß der erforderlichen Systemlast variabel steuert und eine Leistung des zweiten Brennstoffzellenmoduls ungeachtet der erforderlichen Systemlast auf einen voreingestellten, konstanten Sollwert steuert.
  6. Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 5, wobei der konstante Sollwert ein Nennleistungswert des zweiten Brennstoffzellenmoduls ist.
  7. Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein Nennleistungswert des zweiten Brennstoffzellenmoduls kleiner ist als ein Nennleistungswert des ersten Brennstoffzellenmoduls.
  8. Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Controller das erste Brennstoffzellenmodul derart steuert, dass es in einen lastfreien Betriebszustand eintritt, falls die erforderliche Systemlast nicht größer ist als ein Nennleistungswert des zweiten Brennstoffzellenmoduls.
  9. Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Controller das zweite Brennstoffzellenmodul derart steuert, dass es Strom erzeugt, so dass der zur Aufrechterhaltung eines lastfreien Betriebszustands des ersten Brennstoffzellenmoduls erforderliche Reformierdampf durch Rezirkulieren des zweiten Ausleitungsbrenngases des zweiten Brennstoffzellenmoduls zugeführt wird.
  10. Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der Controller das zweite Brennstoffzellenmodul derart steuert, dass es die Mindestleistung erzeugt, die für das Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem erforderlich ist, um einen lastfreien Betriebszustand aufrechtzuerhalten.
  11. Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend: eine zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung, welche die zweite Ausleitungsbrenngasleitung und eine Oxidationsmittel-Zufuhrleitung des ersten Brennstoffzellenmoduls verbindet, so dass das zweite Ausleitungsbrenngas an die Oxidationsmittel-Zufuhrleitung zugeführt wird.
  12. Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend: eine zweite Ausleitungsbrenngas-Zufuhrleitung, welche die zweite Ausleitungsbrenngasleitung und eine Oxidationsmittel-Zufuhrleitung des zweiten Brennstoffzellenmoduls verbindet, so dass das zweite Ausleitungsbrenngas an die Oxidationsmittel-Zufuhrleitung zugeführt wird.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3924243B2 (ja) 2002-12-18 2007-06-06 三菱重工業株式会社 燃料電池複合発電システム

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006049135A (ja) * 2004-08-05 2006-02-16 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP4908851B2 (ja) * 2006-01-17 2012-04-04 三菱重工業株式会社 燃料電池及びその運転方法
JP5483162B2 (ja) * 2009-06-24 2014-05-07 日産自動車株式会社 燃料電池システム及びその運転方法
WO2017087165A1 (en) * 2015-11-17 2017-05-26 Exxonmobil Research And Engineering Company Hybrid high-temperature swing adsorption and fuel cell
US10854899B2 (en) * 2016-11-04 2020-12-01 Cummins Enterprise Llc Power generation system using cascaded fuel cells and associated methods thereof
JP6438929B2 (ja) * 2016-11-14 2018-12-19 東京瓦斯株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3924243B2 (ja) 2002-12-18 2007-06-06 三菱重工業株式会社 燃料電池複合発電システム

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