JP2000306592A - Solid oxide fuel cell burner system and method for generating heat from it - Google Patents

Solid oxide fuel cell burner system and method for generating heat from it

Info

Publication number
JP2000306592A
JP2000306592A JP2000073734A JP2000073734A JP2000306592A JP 2000306592 A JP2000306592 A JP 2000306592A JP 2000073734 A JP2000073734 A JP 2000073734A JP 2000073734 A JP2000073734 A JP 2000073734A JP 2000306592 A JP2000306592 A JP 2000306592A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
air
fuel cell
solid oxide
burner system
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
JP2000073734A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Joseph Jay Hartvigsen
ジョーゼフ・ジェイ・ハートビグセン
Ashok C Khandkar
アショク・シー・カンドカル
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.)
Sofco LP
Original Assignee
Sofco LP
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 Sofco LP filed Critical Sofco LP
Publication of JP2000306592A publication Critical patent/JP2000306592A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0068Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071Oxides
    • H01M2300/0074Ion conductive at high temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022Heating by combustion
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize high efficiency and heat generation by composing a burner system with a partial reform means before the introduction of a fuel, a preheating means before the introduction of the air, and a recovery means of heat energy from an exhaust air all of which are connected to a fuel cell. SOLUTION: A solid oxide fuel cell 15 such as a low-temperature fuel cell stack and a monolithic battery generates electricity and heat by the use of the mixture of partially reformed fuel and preheated air. Preferably, a non stoichiometric reform providing a great fuel portion is carried out with a partial reform means 20 of fuel comprising a POX reform device 110, and the need of an additional preheater for raising the fuel temperature with steam or the like is obviated, so that the overall efficiency of the system is improved. Preferably, a predetermined quantity of around 23-30% of the fuel is fed to an air preheating means 25 provided with a nonstoichiometric burner requiring a little fuel portion, and part of the preheated air is used for the partial reform of the fuel. The exhaust portions of an anode and a cathode are stoichiometrically burned in a heating device small combustion chamber 48, and the exhaust gas is discharged after the recovery of energy.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は固体酸化物燃料電池
(SOFC(solid oxide fuel cells))、特に、電気
化学バーナーとして使用される部分燃焼(または、不完
全燃焼)の一体型SOFCに関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to solid oxide fuel cells (SOFCs), and more particularly to partially combusted (or incompletely combusted) integrated SOFCs used as electrochemical burners.

【0002】[0002]

【従来の技術】SOFCは、ガスバーナーを使用してい
る全ての加熱装置をコージェネレーション(電気‐熱同
時発生)システムに転換させるための潜在性を持ってい
る。それを成し遂げるために、加熱能力は、結合システ
ム(または、複合システム)において影響を受けてはな
らない。従って、加熱能力が維持されなければならない
場合、SOFCは置き換えられたバーナーのデューティ
ーサイクル(duty cycle)を保持しなければならない。
さらに、熱効率を保持するために、燃焼生成物の温度と
共に、空気、燃料、及び加熱速度の偏差は最小にされる
べきである。そのような利用(または、応用分野)にお
いては、熱が主生成物であり、電力は副産物であるの
で、燃料電池の効率は重要ではない。実際、電気に転換
されないエネルギーは熱として伝達されるだろう。しか
しながら、燃料電池システムの付加的なコストは、熱シ
ステムのデューティーシステム内に生成される電力の価
値によって相殺されるべきである。
BACKGROUND OF THE INVENTION SOFCs have the potential to convert all heating systems using gas burners to cogeneration systems. To accomplish that, the heating capacity must not be affected in the coupling system (or combined system). Therefore, if the heating capacity has to be maintained, the SOFC must maintain the duty cycle of the replaced burner.
In addition, to maintain thermal efficiency, deviations in air, fuel, and heating rates, as well as the temperature of the combustion products, should be minimized. In such applications (or applications), the efficiency of the fuel cell is not important, as heat is the main product and power is a by-product. In fact, energy that is not converted to electricity will be transferred as heat. However, the additional cost of the fuel cell system should be offset by the value of the power generated in the thermal system's duty system.

【0003】電気化学バーナーに起因する多くの特徴
は、燃料電池発電装置のものとは実質的に異なる。詳細
に述べると、燃料電池発電装置の設計は、要求の少ない
熱サイクル及びほぼ100%のデューティーサイクルと
共に、かなり長い始動時間を見込んでいる。電力だけが
唯一の産出物であり、電気の値段に基づいて競合するの
で、電気効率は必要条件である。特に、そのような高い
効率での設計は、電気効率を向上させる、熱式空気予熱
器(recuperative air preheater)及び熱処理機を組み
込んでいる。
Many features attributed to electrochemical burners differ substantially from those of fuel cell power plants. Specifically, fuel cell power plant designs allow for significantly longer start-up times, with less demanding thermal cycling and near 100% duty cycle. Electricity efficiency is a requirement because electricity is the only product and competes based on the price of electricity. In particular, such high-efficiency designs incorporate a recuperative air preheater and a heat treatment machine that improve electrical efficiency.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】予熱器は燃料を改質し
たり、流体を望まれる高い温度に加熱したりするため
に、例えば、排気管の熱(stack heat)等を利用する熱
交換器を含む。これらの加熱器等の構成要素は、しかし
ながら、システムに対しコスト及び複雑さを与える。そ
の上、これらの構成要素はシステムに実質的な熱量を与
え、それは、頻繁な、または速い熱サイクルを非実用的
なものにする。
The preheater is a heat exchanger that uses, for example, stack heat to reform the fuel or heat the fluid to a desired high temperature. including. Components such as these heaters, however, add cost and complexity to the system. Moreover, these components provide the system with a substantial amount of heat, which makes frequent or fast thermal cycling impractical.

【0005】さらに、排気ガスの温度は通常の加熱シス
テムにおける廃熱の効果的な回収を可能にするためには
低すぎる。廃熱の回収を妨げる原因となる付加的な要因
は、燃料電池スタック(fuel cell stack)の温度勾配
を制御するために必要な過剰な空気の量である。通常の
バーナーが一般に、化学量論に近い割合で燃料の供給を
するために空気と共に動作するのに対し、燃料電池は化
学量論の5倍またはそれ以上の空気流量を必要とする。
[0005] Furthermore, the temperature of the exhaust gas is too low to allow effective recovery of waste heat in conventional heating systems. An additional factor that hinders waste heat recovery is the amount of excess air required to control the temperature gradient of the fuel cell stack. Whereas conventional burners generally operate with air to provide a near stoichiometric supply of fuel, fuel cells require five times or more stoichiometric air flows.

【0006】本発明の目的はこれらの問題を解決し、効
率の良い(まては、能力の高い)固体酸化物燃料電池バ
ーナーシステム及び、そこから熱を生成する方法を提供
することである。
[0006] It is an object of the present invention to solve these problems and to provide an efficient (or even capable) solid oxide fuel cell burner system and a method for producing heat therefrom.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、SOFC、燃
料を部分的に改質するための手段、空気の予加熱のため
の手段、及び熱エネルギーの回収のための手段を含むバ
ーナーシステムから成る。改質手段は、燃料のSOFC
への導入(または、入力)の前に燃料を部分的に(また
は、不完全に)改質する。予加熱手段は、空気のSOF
Cへの導入の前に空気を予加熱する。熱エネルギーの回
収手段は、SOFCの排気(または、排熱)からエネル
ギーを回収する。このような実施例において、部分的な
改質の手段は、システム全体での効率にとって不利益
な、燃料に対するいかなる予加熱器の必要性をも排除す
るために、十分に燃料を加熱する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a burner system including a SOFC, a means for partially reforming a fuel, a means for preheating air, and a means for recovering thermal energy. Become. The reforming means uses fuel SOFC
The fuel is partially (or incompletely) reformed prior to introduction (or input) to the fuel. Preheating means is air SOF
Preheat air before introduction into C. The thermal energy recovery means recovers energy from the exhaust (or exhaust heat) of the SOFC. In such an embodiment, the means of partial reforming heats the fuel sufficiently to eliminate the need for any pre-heater for the fuel, which is detrimental to overall system efficiency.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】好まれる実施例において、SOF
Cは、低温の燃料電池スタックかモノリシック電池から
成り、改質手段はPOX改質装置から成るだろう。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In a preferred embodiment, SOF
C would consist of a low temperature fuel cell stack or monolithic cell and the reforming means would consist of a POX reformer.

【0009】もう1つの好まれる実施例においては、空
気予加熱手段は、予加熱手段に予め決められた量の燃料
を供給するための手段を備える。そのような好まれる実
施例において、供給手段は、バーナーシステムに供給さ
れた燃料の約23%から30%の間の燃料を予加熱手段
へ送る。
In another preferred embodiment, the air preheating means comprises means for supplying the preheating means with a predetermined amount of fuel. In such a preferred embodiment, the supply means delivers between about 23% and 30% of the fuel supplied to the burner system to the preheating means.

【0010】熱エネルギー回収手段は、少なくとも1つ
の燃焼器を備え、空気予加熱手段は(燃料分の少ない)
化学量論外(off-stoichiometric)燃焼器を備える。さ
らに、改質手段は、予加熱手段から放出される空気の予
め決められた量を受容するための手段を含んでもよい。
[0010] The thermal energy recovery means comprises at least one combustor, and the air preheating means comprises (low in fuel content).
Equipped with an off-stoichiometric combustor. Further, the reforming means may include means for receiving a predetermined amount of air released from the preheating means.

【0011】本発明はさらに、熱を発生するための方法
を有する。その方法は:空気予加熱で予め決められた量
の空気を予加熱すること;改質装置で燃料流の少なくと
も一部を改質すること;燃料流の少なくとも一部及び空
気をSOFCを通過させること;及び、SOFCの排出
の少なくとも一部を燃焼すること、から成る。
[0011] The invention further comprises a method for generating heat. The method includes: preheating a predetermined amount of air with air preheating; reforming at least a portion of the fuel stream with a reformer; passing at least a portion of the fuel stream and air through the SOFC. And burning at least a portion of the SOFC emissions.

【0012】この方法の好まれる実施例において、予加
熱の手段はさらに:予め決められた量の燃料を予加熱器
へそらすこと(または、送ること);及び、予加熱器で
その燃料を燃焼し、その結果、予め決められた量の空気
を予加熱すること、を含む。そのような好まれる実施例
において、燃料を燃焼する手段はさらに、化学量論外バ
ーナーで燃料を燃焼する手段を有する。
In a preferred embodiment of the method, the means for preheating further comprises: diverting (or sending) a predetermined amount of fuel to the preheater; and burning the fuel at the preheater. And, as a result, preheating a predetermined amount of air. In such a preferred embodiment, the means for burning the fuel further comprises means for burning the fuel with a non-stoichiometric burner.

【0013】もう1つの好まれる実施例において、燃料
流を改質する手段は、予め決められた量の予加熱された
空気を予加熱器から改質装置へ送る手段を有する。
[0013] In another preferred embodiment, the means for reforming the fuel stream comprises means for delivering a predetermined amount of preheated air from the preheater to the reformer.

【0014】[0014]

【実施例】本発明は多様な異なった構成での実施が可能
であるが、ここでは、いくつかの特定の詳細な実施例が
図面で示され、説明される。この開示は本発明の原理の
例として見なされ、本発明を実施例に限定するためでは
ないことが理解される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS While the present invention may be embodied in a variety of different configurations, certain specific embodiments are shown and described herein with reference to the drawings. It is to be understood that this disclosure is to be considered as illustrative of the principles of the present invention, and not as limiting the present invention to examples.

【0015】固体酸化物燃料電池(SOFC)15、燃
料を部分的に(または、不完全に)改質するための手段
20、空気を予加熱するための手段25、及び熱エネル
ギーを回収するための手段30を備えるバーナーシステ
ム10が図1に示されている。後で説明されるように、
SOFC(15)は、電気及び熱を発生するために、予
加熱手段からの空気と改質手段からの燃料を混合し、続
いて、排出からさらにいくらかの熱エネルギーを捕らえ
る回収手段30へ生成物を排出する。
Solid oxide fuel cell (SOFC) 15, means 20 for partially (or incompletely) reforming the fuel, means 25 for preheating air, and for recovering thermal energy FIG. 1 shows a burner system 10 comprising the means 30 of FIG. As explained later,
The SOFC (15) mixes the air from the pre-heating means with the fuel from the reforming means to generate electricity and heat, followed by product recovery to a recovery means 30 which captures some additional thermal energy from the discharge. To discharge.

【0016】燃料の吸入口32、空気の吸入口34、ア
ノード排出口36、及びカソード排出口38から成るS
OFC(15)が図1に示されている。SOFC(1
5)は、モノリシック設計及び低温スタックを含む、い
かなる異なった数のSOFCを含んでもよく、また、そ
れらに限定されない。
The fuel injection port 32 includes a fuel inlet 32, an air inlet 34, an anode outlet 36, and a cathode outlet 38.
OFC (15) is shown in FIG. SOFC (1
5) may include, but is not limited to, any different number of SOFCs, including monolithic designs and low temperature stacks.

【0017】空気吸入口51、燃料吸入口50及び排出
口52を持ったPOX改質装置40から成る、部分的改
質(または、不完全改質)手段20が図1に示されてい
る。燃料吸入口50は燃料供給源とつながっており、空
気吸入口51は予加熱手段25の排出口46とつながっ
ている。POX改質装置は、(燃料分の多い)化学量論
外改質装置から成っているが、他の改質装置も同様に検
討されてもよい。燃料を予加熱するための、このような
部分改質手段の使用は、燃料の温度を上げるための、例
えば蒸気等を利用する、付加的な予加熱器の必要性を排
除する。このシステムにおいて、燃料を加熱するための
部分的な改質手段を利用することにより、従来の加熱器
に関連する付加的なコスト及びエネルギーの損失は排除
され、それにより、システム全体としての能力及び効率
は改善する。
A partial reforming (or incomplete reforming) means 20 comprising a POX reformer 40 having an air inlet 51, a fuel inlet 50 and an outlet 52 is shown in FIG. The fuel inlet 50 is connected to a fuel supply source, and the air inlet 51 is connected to the outlet 46 of the preheating means 25. The POX reformer consists of a (stoichiometric) non-stoichiometric reformer, but other reformers may be considered as well. The use of such partial reforming means to preheat the fuel eliminates the need for an additional preheater, for example, utilizing steam or the like, to increase the temperature of the fuel. In this system, by utilizing partial reforming means for heating the fuel, the additional cost and energy loss associated with conventional heaters is eliminated, thereby increasing the overall system capacity and Efficiency improves.

【0018】空気吸入口42、燃料吸入口44及び排出
口46から成る、空気予加熱手段25が図1に示されて
いる。燃料吸入口44はシステムの燃料供給源につなが
っており、空気の吸入口42はシステムの空気供給源に
つながっている。空気予加熱手段25は、空気供給の温
度を上げる(燃料分の少ない)化学量論外燃焼器を備え
るだろう。
An air preheating means 25 comprising an air inlet 42, a fuel inlet 44 and an outlet 46 is shown in FIG. The fuel inlet 44 is connected to the fuel supply of the system, and the air inlet 42 is connected to the air supply of the system. The air preheating means 25 will comprise a non-stoichiometric combustor that raises the temperature of the air supply (lean in fuel).

【0019】加熱装置燃焼小室48から成る熱回収手段
30が図1に示されている。加熱装置燃焼小室48は、
SOFC(15)のカソード排出口38につながってい
るカソード吸入口54、SOFC(15)のアノード排
出口36につながっているアノード吸入口56、及び排
出口58を含む。
A heat recovery means 30 comprising a heating device combustion chamber 48 is shown in FIG. The heating device combustion chamber 48 is
It includes a cathode inlet 54 connected to the cathode outlet 38 of the SOFC (15), an anode inlet 56 connected to the anode outlet 36 of the SOFC (15), and an outlet 58.

【0020】動作中、燃料供給及び空気供給がバーナー
システム10に供給される。詳細に述べると、供給され
る燃料はメタン(CH4)等の天然ガスから成るが、他
の燃料が同様に検討されてもよい。このような実施例に
おいて、空気の供給は周囲の空気から成るが、しかしな
がら、異なった燃料に対しては、多様な比で多様な構成
を持った、異なった気体の混合が要求されてもよい。
In operation, a fuel supply and an air supply are supplied to the burner system 10. In detail, the fuel supplied is made from natural gas such as methane (CH 4), other fuels may be similarly examined. In such an embodiment, the air supply consists of the ambient air, however, for different fuels, different gas mixtures with different configurations in different ratios may be required. .

【0021】燃料供給は、予め決められた分量が空気予
加熱手段25に送られるように分離される。空気予加熱
手段に送られる部分は、利用される特定の構成及びSO
FCに依存して変化するだろう。低温SOFCに対して
は、約23%から30%の燃料が空気予加熱手段に送ら
れるだろう。この分野で通常の技術を持った技術者には
理解されるだろうが、高い予加熱の要求は約35−40
%かそれ以上の燃料が空気予加熱手段に送られることを
必要とするだろう。
The fuel supply is separated such that a predetermined amount is sent to the air preheating means 25. The part sent to the air preheating means depends on the particular configuration utilized and the SO
It will change depending on FC. For low temperature SOFCs, about 23-30% of the fuel will be sent to the air preheating means. As will be appreciated by those of ordinary skill in the art, the requirement for high preheating is about 35-40.
% Or more of the fuel will need to be sent to the air preheating means.

【0022】燃料が空気予加熱手段25のなかに入る
と、それは空気と混合され、部分的に燃焼(または、不
完全燃焼)するだろう。燃焼は化学量論外にあるので、
燃焼は燃料を空気の一部とだけ反応させる。それによ
り、空気及び燃焼の排気ガスは、空気の吸入口の温度よ
り高い温度で、排出口46から放出される。
As fuel enters the air preheating means 25, it will mix with air and will partially burn (or incompletely burn). Since combustion is out of stoichiometry,
Combustion causes the fuel to react only with a portion of the air. Thereby, the air and the combustion exhaust gas are discharged from the outlet 46 at a temperature higher than the temperature of the air inlet.

【0023】予加熱された空気が排出口46から放出さ
れると、その空気の一部はPOX改質装置40の吸入口
51に送られる。POX改質装置は、吸入口50からの
燃料と吸入口51からの空気を受容し、部分的に燃料を
改質する。部分的に改質された燃料はPOX改質装置4
0から排出口52を通して放出される。
When the preheated air is discharged from the outlet 46, a part of the air is sent to the inlet 51 of the POX reformer 40. The POX reformer receives fuel from the inlet 50 and air from the inlet 51 and partially reforms the fuel. The partially reformed fuel is supplied to the POX reformer 4
It is discharged from 0 through the outlet 52.

【0024】排出口52からの燃料はSOFC(15)
の吸入口32の中に送られる。同様に、空気予加熱手段
25の排出口46からの空気の一部も、次に、SOFC
(15)の吸入口34に送られる。この分野で知られて
いるように、SOFC内で、電気を発生するために空気
と燃料は反応する。SOFCのカソード側からの排出
は、カソード排出口38へ送られ、SOFCのアノード
側からの排出はアノード排出口36へ送られる。
The fuel from the outlet 52 is SOFC (15)
Is sent into the suction port 32. Similarly, part of the air from the outlet 46 of the air preheating means 25 is also
It is sent to the suction port 34 of (15). As is known in the art, air and fuel react in an SOFC to generate electricity. Discharge from the cathode side of the SOFC is sent to the cathode outlet 38, and discharge from the anode side of the SOFC is sent to the anode outlet 36.

【0025】次に、カソード排出は加熱装置燃焼小室4
8の吸入口54に送られ、アノード排出は加熱装置燃焼
小室48の吸入口56に送られる。2つの吸入口からの
流れは小室48でさらに燃焼され、残った排気ガスは排
出口58を通って放出される。熱回収手段30の小室4
8は、実質的に化学量論的な燃焼器から成るだろう。
Next, the cathode is discharged from the combustion chamber 4 of the heating device.
8 and the anode exhaust is sent to the inlet 56 of the heating device combustion chamber 48. The streams from the two inlets are further combusted in the compartment 48 and the remaining exhaust gas is discharged through the outlet 58. Small room 4 of heat recovery means 30
8 will consist essentially of a stoichiometric combustor.

【0026】上述したことを支持するために、この方法
の1つの実施例の分析を行った。そのような実施例に
て、空気予加熱のために約23%の燃料が必要とされ
た。この分析において、4のphi(phiは、燃料/
空気の等量比(equivalence ratio))を持ったPOX
改質装置と、0.21のphiを持った予加熱手段が利
用された。そのようなPOX改質装置が使用されたと
き、SOFC(15)での反応のために、燃料流61の
約58%が残されることが観測された。SOFCに入
る、残った燃料の利用率は約50%に制限された。燃料
の制限は、スタック電流を制限する通常の技術により実
行されたが、他の制限の技術を使用することもできるだ
ろう。残った燃料は電流に対して3.4気体化学量(3.
4 air stoichs)に等しい結果となった。「過剰空気」
への、排気管の熱(stack heat)は、伝導−放射(cond
uction-radiation)、部分的な内部の改質のメカニズム
により除去される。このような例において、SOFC
(15)は、SOFC全体としての冷却構成の一部とし
て、部分的な内部の改質の有利性をとれるように、60
0℃から800℃の範囲で動作する。そのような例にお
いて、全体の(ファン及び電力の変換の損失を無視した
ときの)電気効率は、0.70Vの電圧で動作している
電池に対して約20%であると計算される。もちろん、
他の実施例は、そのような応用が低い電気及び熱要求を
持つ、低級な利用法を持ってもよい。そのような低級な
利用法は、縮小したSOFC及び、それにより、安いS
OFC(が使用されること)を可能にする。
To support the foregoing, an analysis of one embodiment of the method was performed. In such an example, about 23% fuel was required for air preheating. In this analysis, 4 phi (phi is the fuel /
POX with an equivalence ratio of air
A reformer and pre-heating means with a phi of 0.21 were utilized. When such a POX reformer was used, it was observed that about 58% of the fuel stream 61 remained due to the reaction in the SOFC (15). The remaining fuel utilization entering the SOFC was limited to about 50%. Fuel limiting was performed by conventional techniques for limiting stack current, but other limiting techniques could be used. The remaining fuel is 3.4 gas stoichiometric (3.
4 air stoichs). "Excess air"
Stack heat is conducted-radiated (cond
uction-radiation), which is removed by a mechanism of partial internal reforming. In such an example, the SOFC
(15) As a part of the cooling configuration of the SOFC as a whole, 60% so as to take advantage of partial internal reforming.
Operates in the range 0 ° C to 800 ° C. In such an example, the overall electrical efficiency (ignoring the loss of fan and power conversion) is calculated to be about 20% for a battery operating at a voltage of 0.70V. of course,
Other embodiments may have low-grade applications where such applications have low electrical and thermal requirements. Such a low-grade application is the use of reduced SOFCs and, thereby, cheaper SFCs.
Enable OFC (to be used).

【0027】この開示を見たこの分野の技術者は、本発
明の範囲から外れることなくそれに改良及び変更を加え
ることができるので、前述の説明及び図面は単に、本発
明を説明及び図解しているだけであり、請求の範囲が限
定されているところを除けば、本発明はそれらに限定さ
れない。
The above description and drawings merely describe and illustrate the invention, as those skilled in the art, having read this disclosure, can make improvements and modifications thereto without departing from the scope of the invention. The present invention is not limited thereto except insofar as the claims are limited.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の改善された装備の構成を示す構成図で
ある。
FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the improved equipment of the present invention.

【図2】(絶対温度[k]での)予加熱温度の変化に対
する、予加熱バーナーの燃料の割合[mol/mol]
を示すグラフである。
FIG. 2: Ratio of the fuel of the preheating burner to the change of the preheating temperature (in absolute temperature [k]) [mol / mol]
FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 バーナーシステム 20 部分的な改質手段 25 空気予加熱手段 30 熱回収手段 32 の吸入口 32 SOFCの燃料吸入口 34 SOFCの空気吸入口 36 SOFCのアノード排出口 38 SOFCのカソード排出口 40 改質装置 42 予加熱器の空気吸入口 44 予加熱器の燃料吸入口 46 予加熱器の排出口 48 加熱装置燃焼小室 50 改質装置の燃料吸入口 51 改質装置の空気吸入口 52 改質装置の排出口 54 熱回収手段のカソード吸入口 56 熱回収手段のアノード吸入口 58 熱回収手段の排出口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Burner system 20 Partial reforming means 25 Air preheating means 30 Heat recovery means 32 Inlet 32 SOFC fuel inlet 34 SOFC air inlet 36 SOFC anode outlet 38 SOFC cathode outlet 40 Reforming Apparatus 42 Preheater air inlet 44 Preheater fuel inlet 46 Preheater outlet 48 Heating device combustion chamber 50 Reformer fuel inlet 51 Reformer air inlet 52 Reformer Outlet 54 Cathode inlet of heat recovery means 56 Anode inlet of heat recovery means 58 Outlet of heat recovery means

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体酸化物燃料電池;燃料の固体酸化物
燃料電池への導入の前に部分的に燃料を改質するため
の、固体酸化物燃料電池につながっている手段;空気の
固体酸化物燃料電池への導入の前に空気を予加熱するた
めの、固体酸化物燃料電池につながった手段;と固体酸
化物燃料電池の排気から熱エネルギーを回収するため
の、固体酸化物燃料電池につながった手段、から成るバ
ーナーシステム。
1. Solid oxide fuel cell; means connected to the solid oxide fuel cell for partially reforming the fuel prior to introduction of the fuel into the solid oxide fuel cell; solid oxide oxidation of air Means connected to the solid oxide fuel cell for preheating the air prior to introduction into the solid fuel cell; and a solid oxide fuel cell for recovering thermal energy from the exhaust of the solid oxide fuel cell. Burner system consisting of connected means.
【請求項2】 固体酸化物燃料電池が低温燃料電池スタ
ックから成る、請求項1に記載のバーナーシステム。
2. The burner system according to claim 1, wherein the solid oxide fuel cell comprises a low temperature fuel cell stack.
【請求項3】 固体酸化物燃料電池がモノリシック電池
から成る、請求項1に記載のバーナーシステム。
3. The burner system according to claim 1, wherein the solid oxide fuel cell comprises a monolithic cell.
【請求項4】 部分的改質手段がPOX改質装置から成
る、請求項1に記載のバーナーシステム。
4. The burner system according to claim 1, wherein the partial reforming means comprises a POX reformer.
【請求項5】 燃料が天然ガスから成る、請求項1に記
載のバーナーシステム。
5. The burner system according to claim 1, wherein the fuel comprises natural gas.
【請求項6】 空気予加熱手段が、その予加熱手段に対
し予め決められた量の燃料を供給するための手段を含
む、請求項1に記載のバーナーシステム。
6. The burner system according to claim 1, wherein the air preheating means includes means for supplying a predetermined amount of fuel to the preheating means.
【請求項7】 供給手段が、バーナーシステムに供給さ
れた燃料の約23%から30%の間の燃料を予加熱手段
に送る、請求項6に記載のバーナーシステム。
7. The burner system according to claim 6, wherein the supply means delivers between about 23% and 30% of the fuel supplied to the burner system to the preheating means.
【請求項8】 回収手段が少なくとも1つの燃焼器を備
える、請求項1に記載のバーナーシステム。
8. The burner system according to claim 1, wherein the recovery means comprises at least one combustor.
【請求項9】 空気予加熱手段が化学量論外(off-stoi
chiometric)の燃焼器を備える、請求項1に記載のバー
ナーシステム。
9. The air preheating means is off-stoichiometric.
The burner system according to claim 1, comprising a chiometric combustor.
【請求項10】 回収手段が実質的に化学量論(stoich
iometric)の燃焼器から成る、請求項1に記載のバーナ
ーシステム。
10. The method of claim 1, wherein the recovery means is substantially stoichiometric.
The burner system according to claim 1, comprising an iometric combustor.
【請求項11】 改質手段が、予加熱手段から出る気体
の予め決められた量を受容するための手段を含む、請求
項1に記載のバーナーシステム。
11. The burner system according to claim 1, wherein the reforming means includes means for receiving a predetermined amount of gas exiting the preheating means.
【請求項12】 熱を発生するための方法であって:予
加熱器で予め決められた量の空気を予加熱すること;改
質装置で燃料流を部分的に改質すること;燃料流の少な
くとも一部と空気を固体酸化物燃料電池を通過させるこ
と;と固体酸化物燃料電池の排気の少なくとも一部を燃
焼すること、の手段から成る方法。
12. A method for generating heat, comprising: preheating a predetermined amount of air with a preheater; partially reforming a fuel stream with a reformer; Passing air through at least a portion of the solid oxide fuel cell; and burning at least a portion of the exhaust gas of the solid oxide fuel cell.
【請求項13】 予加熱の手段が:予め決められた量の
燃料を予加熱器へそらせること;と予加熱器で燃料を燃
焼し、その結果として、空気の予め決められた量を予加
熱すること、の手段から成る、請求項12に記載の方
法。
13. The means for preheating includes: deflecting a predetermined amount of fuel to a preheater; and burning the fuel with the preheater, thereby preheating a predetermined amount of air. 13. The method of claim 12, comprising the step of:
【請求項14】 燃料を燃焼させる手段が、化学量論外
のバーナーで燃料を燃焼する手段から成る、請求項13
に記載の方法。
14. The means for burning fuel comprises means for burning fuel with a non-stoichiometric burner.
The method described in.
【請求項15】 燃料流の少なくとも一部を改質する手
段が:予加熱された空気の予め決められた量を予加熱器
から改質装置へ送ること、の手段を備える、請求項12
に記載の方法。
15. The apparatus of claim 12, wherein the means for reforming at least a portion of the fuel stream comprises: sending a predetermined amount of preheated air from the preheater to the reformer.
The method described in.
JP2000073734A 1999-03-18 2000-03-16 Solid oxide fuel cell burner system and method for generating heat from it Pending JP2000306592A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US27218899A 1999-03-18 1999-03-18
US09/272188 1999-03-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000306592A true JP2000306592A (en) 2000-11-02

Family

ID=23038773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000073734A Pending JP2000306592A (en) 1999-03-18 2000-03-16 Solid oxide fuel cell burner system and method for generating heat from it

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP2000306592A (en)
AU (1) AU2227100A (en)
CA (1) CA2298970A1 (en)
DE (1) DE10012844A1 (en)
GB (1) GB2348315A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7157170B2 (en) 2002-08-23 2007-01-02 Nissan Motor Co., Ltd. Electric power generating apparatus and related method

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020108306A1 (en) * 2001-02-12 2002-08-15 Grieve Malcolm James Reformer controls
DE10142578A1 (en) * 2001-09-02 2003-04-10 Webasto Thermosysteme Gmbh System for generating electrical energy and method for operating a system for generating electrical energy
AUPS024302A0 (en) 2002-01-31 2002-02-21 Ceramic Fuel Cells Limited Thermal management of fuel cells
US8658327B2 (en) 2002-02-20 2014-02-25 Acumentrics Corporation Fuel cell stacking and sealing
US7169495B2 (en) 2003-05-06 2007-01-30 Versa Power Systems, Ltd. Thermally integrated SOFC system
DE102006027347A1 (en) * 2006-06-13 2007-12-20 Kremer, Robert Energy e.g. heat and current, supply device, has heat generator with burner and fuel cell that generates heat and electric current, where burner has solid oxide fuel cell high temperature fuel cell stack formed in hollow cylindrical manner

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6329459A (en) * 1986-07-23 1988-02-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Solid electrolyte type fuel cell power generation set
JPH1167256A (en) * 1997-08-27 1999-03-09 Sanyo Electric Co Ltd Fuel cell system

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0665051B2 (en) * 1985-08-16 1994-08-22 三菱重工業株式会社 Fuel cell power generation system
US4729931A (en) * 1986-11-03 1988-03-08 Westinghouse Electric Corp. Reforming of fuel inside fuel cell generator
US4808491A (en) * 1988-02-16 1989-02-28 Westinghouse Electric Corp. Corner heating in rectangular solid oxide electrochemical cell generators
US5185219A (en) * 1990-02-15 1993-02-09 Ngk Insulators, Ltd. Solid oxide fuel cells
JPH0541241A (en) * 1991-05-30 1993-02-19 Fuji Electric Co Ltd Solid electrolyte type fuel cell
US5340664A (en) * 1993-09-29 1994-08-23 Ceramatec, Inc. Thermally integrated heat exchange system for solid oxide electrolyte systems
US5948221A (en) * 1994-08-08 1999-09-07 Ztek Corporation Pressurized, integrated electrochemical converter energy system
US5763114A (en) * 1994-09-01 1998-06-09 Gas Research Institute Integrated reformer/CPN SOFC stack module design

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6329459A (en) * 1986-07-23 1988-02-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Solid electrolyte type fuel cell power generation set
JPH1167256A (en) * 1997-08-27 1999-03-09 Sanyo Electric Co Ltd Fuel cell system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7157170B2 (en) 2002-08-23 2007-01-02 Nissan Motor Co., Ltd. Electric power generating apparatus and related method

Also Published As

Publication number Publication date
CA2298970A1 (en) 2000-09-18
DE10012844A1 (en) 2000-09-21
GB2348315A (en) 2000-09-27
AU2227100A (en) 2000-09-21
GB0004972D0 (en) 2000-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7595124B2 (en) Integrated fuel cell hybrid power plant with controlled oxidant flow for combustion of spent fuel
CN109193009B (en) Solid oxide fuel cell composite system and method of use
JP6636246B2 (en) Solid oxide fuel cell system
EP1804322B1 (en) Combined power generation equipment
JP5292389B2 (en) Hydrogen system and method for starting hydrogen system
KR20060044624A (en) Methods and systems for startup and transient operation of integrated fuel cell-gas turbine system
JPH09129255A (en) Power generating system for combined cycle of indirect combustion gas turbine and doubled fuel cell
JP2004207241A (en) Integrated fuel cell hybrid generator with re-circulated air fuel flow
EP2027624B1 (en) Anode gas stack start-up heater and purge gas generator
KR20040057947A (en) Cooled turbine integrated fuel cell hybrid power plant
CN102456898A (en) Combined heat and electricity generation system with fuel cell and gas turbine
KR102511826B1 (en) Power generation system using cascaded fuel cells and associated methods thereof
CN101095254A (en) A preheating arrangement in a fuel cell apparatus
JP2002008703A (en) Fuel cell device, and method of operating the same
JP6064782B2 (en) Fuel cell device
JPWO2003038934A1 (en) Fuel cell system
CA2968373C (en) Fuel cell system with waste heat recovery for production of high pressure steam
JP2000306592A (en) Solid oxide fuel cell burner system and method for generating heat from it
JP4342172B2 (en) Co-energy system
CN109964351B (en) Integrated fuel cell block with modified fuel cell cycle for integrated reforming fuel cell
CN109944700B (en) Gas turbine and fuel cell combined power generation method
JP3042751B2 (en) Starting method of reformer
JP2000228208A (en) Composite apparatus of fuel cell and gas turbine
KR100623942B1 (en) System for molten carbonate fuel cells
CN219203212U (en) Solid oxide fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20011009