JP2003132921A - Solid electrolyte fuel cell system - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は固体電解質型燃料電
池システムに関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solid oxide fuel cell system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】固体電解質型燃料電池(ＳＯＦＣ)を用い
たコジェネレーションシステムの構成を図５に示す。Ｓ
ＯＦＣ１は、例えば脱硫装置２で脱硫された天然ガスを
燃料とし、空気を酸化剤として１０００℃程度の高温下
での反応により発電を行なうものである。ＳＯＦＣ１か
ら排出された高温の排ガスを排熱回収ボイラ３に導入す
ることにより、ここで温水または水蒸気が生成され、各
種用途に利用される。なお、ＳＯＦＣ１での反応により
供される空気は排熱回収ボイラ３で予熱された後にＳＯ
ＦＣ１に供給される。このようなコジェネレーションシ
ステムにより、発電とともに、熱利用を図ることができ
る。2. Description of the Related Art The configuration of a cogeneration system using a solid oxide fuel cell (SOFC) is shown in FIG. S
The OFC 1 uses, for example, natural gas desulfurized by the desulfurization device 2 as a fuel, and uses air as an oxidant to generate power by a reaction at a high temperature of about 1000 ° C. By introducing the high-temperature exhaust gas discharged from the SOFC 1 into the exhaust heat recovery boiler 3, hot water or steam is generated here and used for various purposes. The air provided by the reaction in the SOFC 1 is preheated in the exhaust heat recovery boiler 3 and then the SO
Supplied to FC1. With such a cogeneration system, heat can be utilized as well as power generation.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳＯＦ
Ｃ１からの高温の排ガスを排熱回収ボイラ３に一度通す
だけでは十分な熱回収を行なうことができず、システム
としての効率が満足しうるものではなかった。特に、高
圧の蒸発器にＳＯＦＣ１からの排ガスを導入して、例え
ば１０ｋｇｆ／ｃｍ2、１７５℃程度の吸収冷凍機用蒸
気を生成しようとしても、熱回収は満足しうるものでは
なく、コジェネレーションシステムとしての効率は低い
ものであった。本発明は、このような問題点を解消する
ためになされたもので、効率を向上することのできる固
体電解質型燃料電池システムの提供を課題とする。[Problems to be Solved by the Invention] However, SOF
Sufficient heat recovery could not be achieved by passing the high temperature exhaust gas from C1 through the exhaust heat recovery boiler 3 once, and the efficiency of the system was not satisfactory. In particular, even if an exhaust gas from SOFC1 is introduced into a high-pressure evaporator to generate steam for an absorption refrigerating machine at, for example, 10 kgf / cm 2 , 175 ° C., heat recovery is not satisfactory, and the cogeneration system is not satisfactory. The efficiency as was low. The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a solid oxide fuel cell system capable of improving efficiency.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は、固体電解質型
燃料電池の発電動作によって発生する熱の回収を行なう
システムであって、固体電解質型燃料電池の発電動作に
よって排出される排燃料と排空気とを混合して燃焼させ
る燃焼器と、燃焼器内に配設され、かつ水蒸気または温
水を生成する第１の熱回収器と、を備えたことを特徴と
する固体電解質型燃料電池システムである。本発明の固
体電解質型燃料電池システムは、燃焼器内に水蒸気また
は温水を生成する熱回収器を設けた。この熱回収器によ
って水蒸気または温水が生成されるから、排熱回収によ
るシステム効率が向上する。同時に、燃焼器から排出さ
れる排ガスの温度を低下させることができる。したがっ
て、燃焼器の下流に接続される熱交換器の信頼性向上・
長寿命化を図ることができる。しかも、燃焼器内に設置
する熱回収器は、燃焼器内の温度が高温であるために、
その伝熱面積を小さくすることができる。このことは、
熱回収器としてのコストを低減できることを意味してい
る。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is a system for recovering heat generated by a power generation operation of a solid oxide fuel cell, the exhaust fuel and the exhaust gas discharged by the power generation operation of the solid oxide fuel cell. A solid oxide fuel cell system comprising: a combustor that mixes and burns with air; and a first heat recovery device that is disposed in the combustor and that generates steam or hot water. is there. In the solid oxide fuel cell system of the present invention, a heat recovery device for generating steam or hot water is provided in the combustor. Since steam or warm water is generated by this heat recovery device, system efficiency due to exhaust heat recovery is improved. At the same time, the temperature of the exhaust gas discharged from the combustor can be lowered. Therefore, the reliability of the heat exchanger connected downstream of the combustor is improved.
The life can be extended. Moreover, the heat recovery device installed in the combustor has a high temperature in the combustor,
The heat transfer area can be reduced. This is
This means that the cost as a heat recovery device can be reduced.
【０００５】本発明の固体電解質型燃料電池システムに
おいて、燃焼器からの排ガスの熱を利用して水蒸気また
は温水を生成する第２の熱回収器を備えることができ
る。そしてこの場合、この第２の熱回収器と第１の熱回
収器とを接続し、かつ第１の熱回収器を第２の熱回収器
の下流側に配設することが望ましい。The solid oxide fuel cell system of the present invention can be provided with a second heat recovery device for generating steam or hot water by utilizing the heat of the exhaust gas from the combustor. In this case, it is desirable that the second heat recovery device and the first heat recovery device are connected to each other and that the first heat recovery device is disposed downstream of the second heat recovery device.
【０００６】また本発明は、固体電解質型燃料電池の発
電動作によって発生する熱の回収を行なうシステムであ
って、システムの要素を収容するケーシングと、ケーシ
ング内に配設され、かつ固体電解質型燃料電池の発電動
作によって排出される排燃料と排空気とを混合して燃焼
させる燃焼器と、供給される水または温水を基に温水ま
たは水蒸気を生成するとともに、ケーシングに対して付
設される第３の熱回収器と、を備えたことを特徴とする
固体電解質型燃料電池システムを提供する。本発明の固
体電解質型燃料電池システムは、当該システムのケーシ
ングに対して熱回収器を付設する。ケーシングは、固体
電解質型燃料電池システムを構成する固体電解質型燃料
電池等の各要素を収納する。したがって、ケーシングに
も熱が伝導され、この熱は外部に伝導することによりヒ
ート・ロスとなっていた。そこで本発明は、ケーシング
に熱回収器を付設することにより、このヒート・ロスを
低減しようというものである。もちろん、熱回収器によ
って回収された熱は、水蒸気または温水を生成すること
により、当該システムの効率向上に資することはいうま
でもない。Further, the present invention is a system for recovering heat generated by a power generation operation of a solid oxide fuel cell, the casing containing the elements of the system, and the solid electrolyte fuel arranged in the casing. A combustor that mixes and combusts exhaust fuel and exhaust air exhausted by the power generation operation of the cell, and generates hot water or steam based on the supplied water or hot water, and is attached to the casing. And a heat recovery device for the solid electrolyte type fuel cell system. In the solid oxide fuel cell system of the present invention, a heat recovery device is attached to the casing of the system. The casing houses each element such as a solid oxide fuel cell constituting the solid oxide fuel cell system. Therefore, heat is also conducted to the casing, and this heat is conducted to the outside, resulting in heat loss. Therefore, the present invention aims to reduce this heat loss by attaching a heat recovery device to the casing. Of course, it goes without saying that the heat recovered by the heat recovery device contributes to improving the efficiency of the system by generating steam or hot water.
【０００７】以上の本発明による固体電解質型燃料電池
システムにおいて、燃焼器からの排ガスの熱を利用して
水蒸気または温水を生成する第４の熱回収器を備えるこ
ともできる。そしてこの場合、第３の熱回収器と第４の
熱回収器とを接続し、さらに第４の熱回収器を第３の熱
回収器の下流側に配設することができる。The solid oxide fuel cell system according to the present invention as described above may be provided with a fourth heat recovery device for generating steam or hot water by utilizing the heat of the exhaust gas from the combustor. In this case, the third heat recovery device and the fourth heat recovery device can be connected to each other, and the fourth heat recovery device can be arranged downstream of the third heat recovery device.
【０００８】本発明はまた、固体電解質型燃料電池の発
電動作によって排出される排燃料と排空気とを混合して
燃焼させる燃焼器と、燃焼器から排出される排ガスを固
体電解質型燃料電池に循環させる循環ファンと、循環フ
ァンの上流側に配設されるとともに、水または温水を基
に温水または水蒸気を生成する第５の熱回収器と、第５
の熱回収器よりも循環ファンの上流側に配設されるとと
もに、第５の熱回収器に対して下流側に接続され、かつ
燃焼器から排出される排ガスの熱を利用して水蒸気また
は温水を生成する第６の熱回収器と、を備えたことを特
徴とする固体電解質型燃料電池システムを提供する。こ
の固体電解質型燃料電池システムは、循環ファンの上流
側に熱回収器を配設したので、この熱回収器にて排熱回
収が行われる。したがって、固体電解質型燃料電池シス
テムの効率向上に資する。加えて、この熱回収器の存在
により、循環ファンに供給される排ガスの温度を低下さ
せることができるので、循環ファンの長寿命化を図るこ
とができる。一方で、従来よりも低温で機能する循環フ
ァンで事足りるから、循環ファンのコスト低下をもたら
すことになる。以上の固体電解質型燃料電池システムに
おいて、燃焼器および第６の熱回収器をその内部に収容
するケーシングを有し、循環ファンおよび前記第５の熱
回収器はケーシングの外部に配設される形態とすること
ができる。The present invention also provides a combustor for mixing and burning exhaust fuel and exhaust air discharged by the power generation operation of the solid oxide fuel cell, and exhaust gas discharged from the combustor to a solid oxide fuel cell. A circulation fan to circulate; a fifth heat recovery device, which is arranged upstream of the circulation fan and which generates hot water or steam based on the water or hot water;
The heat recovery device is disposed upstream of the circulation fan, is connected to the downstream side of the fifth heat recovery device, and uses heat of exhaust gas discharged from the combustor to generate steam or hot water. And a sixth heat recovery device for producing the solid oxide fuel cell system. In this solid oxide fuel cell system, since the heat recovery device is arranged on the upstream side of the circulation fan, exhaust heat recovery is performed by this heat recovery device. Therefore, it contributes to improving the efficiency of the solid oxide fuel cell system. In addition, the presence of this heat recovery unit can lower the temperature of the exhaust gas supplied to the circulation fan, so that the life of the circulation fan can be extended. On the other hand, the circulation fan that functions at a lower temperature than the conventional one is sufficient, and thus the cost of the circulation fan is reduced. The solid oxide fuel cell system described above has a casing that houses a combustor and a sixth heat recovery device therein, and the circulation fan and the fifth heat recovery device are arranged outside the casing. Can be
【０００９】本発明はまた、固体電解質型燃料電池に対
して発電用燃料を供給する燃料供給路と、固体電解質型
燃料電池に対して酸化剤としての空気を供給する空気供
給路と、燃料供給路上に配設されるとともに、供給され
た水または温水を基に温水または水蒸気を生成する第７
の熱回収器と、空気供給路上に配設されるとともに、供
給された水または温水を基に温水または水蒸気を生成す
る第８の熱回収器と、を備えたことを特徴とする固体電
解質型燃料電池システムを提供する。本発明の固体電解
質型燃料電池システムは、第７の熱回収器および第８の
熱回収器と２つの熱回収器を設けたので、排熱回収によ
るシステム効率の向上をなすことができる。一方で、固
体電解質型燃料電池に供給される燃料と酸化剤としての
空気との温度差は所定の許容値内に抑制される必要があ
る。そこで本発明は、発電用燃料を供給する燃料供給路
と空気を供給する空気供給路に各々熱回収器を配設し、
この熱回収器に供給する水または温水を制御することに
より、燃料供給路を介して供給される発電用燃料と酸化
剤としての空気との温度を許容範囲内に抑制することが
可能となる。そのために本発明の固体電解質型燃料電池
システムは、前記第７の熱回収器または前記第８の熱回
収器への水または温水の供給を独立して制御する流量制
御機構を備えることができる。The present invention also provides a fuel supply path for supplying power generation fuel to the solid oxide fuel cell, an air supply path for supplying air as an oxidant to the solid oxide fuel cell, and a fuel supply. Along with being arranged on the road, it generates hot water or steam based on the supplied water or hot water.
Solid heat recovery device, and an eighth heat recovery device that is disposed on the air supply path and that generates hot water or steam based on the supplied water or hot water. Provide a fuel cell system. Since the solid oxide fuel cell system of the present invention is provided with the seventh heat recovery device and the eighth heat recovery device and the two heat recovery devices, it is possible to improve the system efficiency by recovering the exhaust heat. On the other hand, the temperature difference between the fuel supplied to the solid oxide fuel cell and the air as the oxidant needs to be suppressed within a predetermined allowable value. Therefore, the present invention has a heat recovery unit provided in each of a fuel supply path for supplying fuel for power generation and an air supply path for supplying air,
By controlling the water or hot water supplied to the heat recovery device, it is possible to suppress the temperatures of the fuel for power generation and the air as the oxidant supplied through the fuel supply passage within the allowable range. Therefore, the solid oxide fuel cell system of the present invention can include a flow rate control mechanism that independently controls the supply of water or hot water to the seventh heat recovery device or the eighth heat recovery device.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明に
よる実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）図１に本発明による第１の実施の
形態による固体電解質型燃料電池システムの構成を示
す。ＳＯＦＣ（固体電解質型燃料電池）１１の排燃料お
よび排空気の排出口に燃焼器１２の下流側に空気予熱器
１３、蒸発器または温水加熱器（以下単に、蒸発器）１
４が順次接続されている。蒸発器（第２の熱回収器）１
４の下流側にはガス再循環ファン１８が配設され、ガス
再循環ファン１８の出口に燃料予熱熱交換器１７、エゼ
クタ１６が順次接続されている。エゼクタ１６で吸引さ
れ再循環される排燃料はこの燃料予熱熱交換器１７で加
熱された排ガスに混合する構成となっている。したがっ
て、燃料投入口から投入された燃料は再循環される排燃
料の熱によって予熱され、自己着火温度に達した時点で
燃焼する。このため、エゼクタ１６での燃料の燃焼を防
止することができ、システム運転の安全性が確保され
る。また、燃料予熱熱交換器１７とＳＯＦＣ１１との間
には、空気／燃料熱交換器２１が配設されている。した
がって、ガス再循環ファン１８の出口が、燃料予熱熱交
換器１７、エゼクタ１６および空気／燃料熱交換器２１
を介してＳＯＦＣ１１の燃料投入口に接続されている。
一方で、エゼクタ１６には、ＳＯＦＣ１１の排燃料ライ
ンが接続されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 shows the configuration of a solid oxide fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. An air preheater 13, an evaporator or a hot water heater (hereinafter simply referred to as an evaporator) 1 downstream of the combustor 12 at the exhaust fuel and exhaust air outlets of the SOFC (solid oxide fuel cell) 11
4 are sequentially connected. Evaporator (second heat recovery device) 1
A gas recirculation fan 18 is disposed on the downstream side of 4, and a fuel preheat heat exchanger 17 and an ejector 16 are sequentially connected to the outlet of the gas recirculation fan 18. The exhaust fuel sucked by the ejector 16 and recirculated is mixed with the exhaust gas heated by the fuel preheat heat exchanger 17. Therefore, the fuel injected from the fuel injection port is preheated by the heat of the recirculated exhaust fuel, and burns when the self-ignition temperature is reached. Therefore, combustion of fuel in the ejector 16 can be prevented, and the safety of system operation is ensured. Further, an air / fuel heat exchanger 21 is arranged between the fuel preheat heat exchanger 17 and the SOFC 11. Therefore, the outlet of the gas recirculation fan 18 is connected to the fuel preheat heat exchanger 17, the ejector 16 and the air / fuel heat exchanger 21.
It is connected to the fuel input port of the SOFC 11 via.
On the other hand, an exhaust fuel line of the SOFC 11 is connected to the ejector 16.
【００１１】また、空気予熱器１３に空気を供給するた
めの押し込み送風機１９が配設されている。この押し込
み送風機１９は、インテーク空気熱交換器２０を介して
空気予熱器１３に接続されている。インテーク空気熱交
換器２０は、ＳＯＦＣ１１の内部に設けてもよい。ま
た、空気予熱器１３およびＳＯＦＣ１１との間には、空
気／燃料熱交換器２１が配設されている。したがって、
押し込み送風機１９から供給された空気は、インテーク
空気熱交換器２０、空気予熱器１３および空気／燃料熱
交換器２１を介してＳＯＦＣ１１に投入される。A forced air blower 19 for supplying air to the air preheater 13 is provided. The forced air blower 19 is connected to the air preheater 13 via an intake air heat exchanger 20. The intake air heat exchanger 20 may be provided inside the SOFC 11. An air / fuel heat exchanger 21 is arranged between the air preheater 13 and the SOFC 11. Therefore,
The air supplied from the forced draft blower 19 is introduced into the SOFC 11 via the intake air heat exchanger 20, the air preheater 13 and the air / fuel heat exchanger 21.
【００１２】さて、図１に示す固体電解質型燃料電池シ
ステムにおいて、ＳＯＦＣ１１に燃料と空気とが供給さ
れ、１０００℃程度の高温下で反応が進んで発電が行な
われる。ＳＯＦＣ１１から排出された高温の排燃料と排
空気は燃焼器１２に送られ、ここで未反応の水素が完全
燃焼する。燃焼器１２から排出された高温の排ガスは空
気予熱器１３、蒸発器１４でそれぞれ熱交換することに
より降温された後、この排ガスの一部がガス再循環ファ
ン１８により圧縮され、外部から投入された燃料ととも
にドライブガスとしてエゼクタ１６に所定の圧力で供給
される。このようにして、ＳＯＦＣ１１から排出された
排燃料の一部がエゼクタ１６へ吸引され、外部から投入
された燃料とともにＳＯＦＣ１１に投入される。In the solid oxide fuel cell system shown in FIG. 1, the SOFC 11 is supplied with fuel and air, and the reaction proceeds at a high temperature of about 1000 ° C. to generate power. The high temperature exhaust fuel and exhaust air exhausted from the SOFC 11 are sent to the combustor 12, where unreacted hydrogen is completely combusted. The high-temperature exhaust gas discharged from the combustor 12 is cooled by heat exchange in the air preheater 13 and the evaporator 14, respectively, and then a part of this exhaust gas is compressed by the gas recirculation fan 18 and injected from the outside. Along with the fuel, it is supplied as a drive gas to the ejector 16 at a predetermined pressure. In this way, part of the exhaust fuel discharged from the SOFC 11 is sucked into the ejector 16 and is injected into the SOFC 11 together with the fuel injected from the outside.
【００１３】一方、押し込み送風機１９によって外部か
ら送り込まれた空気は、インテーク空気熱交換器２０、
空気予熱器１３および空気／燃料熱交換器２１で各々予
熱された後に、ＳＯＦＣ１１に投入される。また、蒸発
器１４（第２の熱回収器）には水あるいは温水が供給さ
れ、ここで空気予熱器１３から排出された高温の排ガス
により加熱されて水蒸気または温水（以下単に、水蒸
気）が製造される。この水蒸気は、燃焼器１２内に配設
された蒸発器１５（第１の熱回収器）に供給され、さら
に加熱されることにより水蒸気が製造される。この水蒸
気は、外部の蒸気機関等で各種の用途に使用される。On the other hand, the air blown from the outside by the forced air blower 19 is supplied to the intake air heat exchanger 20,
After being preheated by the air preheater 13 and the air / fuel heat exchanger 21, they are put into the SOFC 11. Water or hot water is supplied to the evaporator 14 (second heat recovery device), where it is heated by the high-temperature exhaust gas discharged from the air preheater 13 to produce steam or hot water (hereinafter, simply steam). To be done. This steam is supplied to the evaporator 15 (first heat recovery unit) arranged in the combustor 12 and further heated to produce steam. This steam is used for various purposes in an external steam engine or the like.
【００１４】このようにして、ＳＯＦＣ１１から排出さ
れた排燃料と排空気とを燃焼器１２で燃焼させるので、
未反応の水素がシステム外に排出されることがなく、シ
ステムの安全性が確保される。また、燃焼器１２から排
出された高温の排ガスを空気予熱器１３、蒸発器１４で
それぞれ熱交換するように構成したので、排ガスの熱回
収を十分に行なうことができ、システムの効率が向上す
る。さらに、ＳＯＦＣ１１に付設したインテーク空気熱
交換器２０および空気予熱器１３で供給空気を予熱する
ので、熱損失が低減される。また、排ガスを利用してエ
ゼクタ１６により排燃料の一部を再循環させるので、排
燃料中の未反応の水素を再利用して発電効率を向上させ
ることができるとともに、ＳＯＦＣ１１の燃料量が増え
ることによりＳＯＦＣ１１の出口の燃料温度が高くなる
ことが抑制され、ＳＯＦＣ１１および配管等の耐久性お
よび信頼性が向上する。さらにまた、高温となる燃焼器
１２内に蒸発器１５を配設したので、熱交換器としての
伝熱面積を小さくすることができるとともに、燃焼器１
２から排出される排ガスの温度を低下させることができ
るので、燃焼器１２よりも下流に位置する熱交換器の熱
疲労等を軽減でき、信頼性向上・長寿命化を図ることが
できる。In this way, since the exhaust fuel and the exhaust air exhausted from the SOFC 11 are burned in the combustor 12,
Unreacted hydrogen is not discharged to the outside of the system, ensuring the safety of the system. Further, since the high temperature exhaust gas discharged from the combustor 12 is configured to exchange heat with the air preheater 13 and the evaporator 14, heat recovery of the exhaust gas can be sufficiently performed and the efficiency of the system is improved. . Furthermore, since the intake air heat exchanger 20 and the air preheater 13 attached to the SOFC 11 preheat the supply air, heat loss is reduced. Moreover, since a part of the exhaust fuel is recirculated by the ejector 16 using the exhaust gas, it is possible to reuse the unreacted hydrogen in the exhaust fuel to improve the power generation efficiency and increase the fuel amount of the SOFC 11. As a result, the fuel temperature at the outlet of the SOFC 11 is suppressed from increasing, and the durability and reliability of the SOFC 11 and the piping are improved. Furthermore, since the evaporator 15 is disposed in the combustor 12 that becomes hot, the heat transfer area as a heat exchanger can be reduced and the combustor 1
Since the temperature of the exhaust gas discharged from No. 2 can be lowered, the thermal fatigue of the heat exchanger located downstream of the combustor 12 can be reduced, and the reliability can be improved and the service life can be extended.
【００１５】（第２の実施の形態）図２に本発明による
第２の実施の形態による固体電解質型燃料電池システム
の構成を示す。なお、図１と同様の構成については同一
の符号を付してその説明を省略する。第２の実施の形態
による固体電解質型燃料電池システムは、固体電解質型
燃料電池システムを構成するケーシング１０に沿って蒸
発器２２（第３の熱回収器）を配設した点に特徴があ
る。この蒸発器２２は、供給される水または温水を基に
温水または水蒸気を生成する。この温水または水蒸気の
生成のための熱源を、ケーシング１０に蓄積された熱に
求めている。つまり、蒸発器２２は、ケーシング１０か
らの系外へのヒート・ロスを回収する機能を発揮する。
したがって、固体電解質型燃料電池システムの効率向上
を図ることができる。なお、蒸発器２２の下流には、排
ガス経路上に配設されている蒸発器１４（第４の熱回収
器）が接続されている。したがって、蒸発器２２で生成
された温水または水蒸気は、蒸発器１４でさらに加熱さ
れる。また、蒸発器２２は、ケーシング１０に沿ってそ
の一部に配設することもできるし、またはその全部に配
設することもできる。(Second Embodiment) FIG. 2 shows the configuration of a solid oxide fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The solid oxide fuel cell system according to the second embodiment is characterized in that an evaporator 22 (third heat recovery unit) is arranged along the casing 10 that constitutes the solid oxide fuel cell system. The evaporator 22 produces hot water or steam based on the supplied water or hot water. The heat accumulated in the casing 10 is used as a heat source for generating the hot water or steam. That is, the evaporator 22 exerts a function of recovering heat loss from the casing 10 to the outside of the system.
Therefore, the efficiency of the solid oxide fuel cell system can be improved. An evaporator 14 (fourth heat recovery unit) arranged on the exhaust gas path is connected downstream of the evaporator 22. Therefore, the warm water or steam generated in the evaporator 22 is further heated in the evaporator 14. Further, the evaporator 22 may be arranged in a part of the casing 10 or in the whole of the casing 10.
【００１６】（第３の実施の形態）図３に本発明による
第３の実施の形態による固体電解質型燃料電池システム
の構成を示す。なお、図１と同様の構成については同一
の符号を付してその説明を省略する。第３の実施の形態
による固体電解質型燃料電池システムは、蒸発器２４
（第５の熱回収器）を、排ガス経路上であってかつガス
再循環ファン１８の上流に配設した点に特徴がある。こ
の蒸発器２４は、固体電解質型燃料電池システム外から
供給される水または温水を基に温水または水蒸気を生成
する。この温水または水蒸気の生成のための熱源を、ガ
ス再循環ファン１８を通過する排ガスの熱に求めてい
る。したがって、蒸発器２４は、ガス再循環ファン１８
を通過する排ガスの温度を低下させる。(Third Embodiment) FIG. 3 shows the configuration of a solid oxide fuel cell system according to a third embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The solid oxide fuel cell system according to the third embodiment includes an evaporator 24.
It is characterized in that the (fifth heat recovery unit) is arranged on the exhaust gas path and upstream of the gas recirculation fan 18. The evaporator 24 produces hot water or steam based on water or hot water supplied from outside the solid oxide fuel cell system. The heat source for producing the hot water or steam is obtained from the heat of the exhaust gas passing through the gas recirculation fan 18. Therefore, the evaporator 24 includes the gas recirculation fan 18
Reduce the temperature of the exhaust gas passing through.
【００１７】ガス再循環ファン１８を通過する排ガスの
温度が高温だと、ガス再循環ファン１８の耐久性を低下
させる。ところが、本実施の形態のように、蒸発器２４
を設ければ、温度の低下された排ガスがガス再循環ファ
ン１８に供給されるため、その寿命が延び、ひいては本
システム全体の効率向上に資することになる。なお、蒸
発器２４の下流には、排ガス経路上に配設されている蒸
発器１４（第６の熱回収器）が接続されている。したが
って、蒸発器２４で生成された温水または水蒸気は、蒸
発器１４でさらに加熱される。If the temperature of the exhaust gas passing through the gas recirculation fan 18 is high, the durability of the gas recirculation fan 18 is reduced. However, as in the present embodiment, the evaporator 24
By providing the exhaust gas, the exhaust gas of which the temperature is lowered is supplied to the gas recirculation fan 18, so that the life thereof is extended, which contributes to the improvement of the efficiency of the entire system. Note that the evaporator 14 (sixth heat recovery device) disposed on the exhaust gas path is connected to the downstream side of the evaporator 24. Therefore, the hot water or steam generated in the evaporator 24 is further heated in the evaporator 14.
【００１８】（第４の実施の形態）図４に本発明による
第４の実施の形態による固体電解質型燃料電池システム
の構成を示す。なお、図１と同様の構成については同一
の符号を付してその説明を省略する。第４の実施の形態
による固体電解質型燃料電池システムは、蒸発器２６
（第７の熱回収器）を燃料供給路上に、また蒸発器２７
（第８の熱回収器）を空気供給路上に配設した点に特徴
がある。ＳＯＦＣ１１に供給される燃料および空気の温
度は、その差が小さいことが要求される。そこで、本実
施の形態では、蒸発器２６を燃料供給路上に、また蒸発
器２７を空気供給路上に配設し、かつ燃料供給路または
空気供給路のうち、温度の高い方に配設されている蒸発
器２６または蒸発器２７に対して、バルブ２６ａまたは
バルブ２７ａを適宜開けることにより、外部から水また
は温水を供給して温度を低下させる。もちろん、この温
度低下は、燃料供給路および空気供給路の温度差を許容
範囲内にすることを趣旨とする。なお、バルブ２６ａお
よびバルブ２７ａは、蒸発器２６または蒸発器２７への
水または温水の供給を独立して制御する流量制御機構を
構成する。(Fourth Embodiment) FIG. 4 shows the configuration of a solid oxide fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The solid oxide fuel cell system according to the fourth embodiment includes an evaporator 26
(Seventh heat recovery device) on the fuel supply path, and the evaporator 27
It is characterized in that the (eighth heat recovery device) is arranged on the air supply path. The temperature difference between the fuel and air supplied to the SOFC 11 is required to be small. Therefore, in the present embodiment, the evaporator 26 is disposed on the fuel supply path, the evaporator 27 is disposed on the air supply path, and the fuel supply path or the air supply path is disposed on the higher temperature side. By appropriately opening the valve 26a or the valve 27a with respect to the existing evaporator 26 or 27, water or hot water is supplied from the outside to lower the temperature. Of course, this temperature reduction is intended to bring the temperature difference between the fuel supply passage and the air supply passage into an allowable range. The valve 26a and the valve 27a form a flow rate control mechanism that independently controls the supply of water or hot water to the evaporator 26 or the evaporator 27.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体電解質型燃料電池システムの効率を、排熱回収を通
じて向上することができる。As described above, according to the present invention,
The efficiency of the solid oxide fuel cell system can be improved through exhaust heat recovery.
【図１】 本発明に係る第１の実施の形態による固体電
解質型燃料電池システムの構成を示すブロック図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a solid oxide fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 本発明に係る第２の実施の形態による固体電
解質型燃料電池システムの構成を示すブロック図であ
る。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a solid oxide fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.
【図３】 本発明に係る第３の実施の形態による固体電
解質型燃料電池システムの構成を示すブロック図であ
る。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a solid oxide fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.
【図４】 本発明に係る第４の実施の形態による固体電
解質型燃料電池システムの構成を示すブロック図であ
る。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a solid oxide fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention.
【図５】 固体電解質型燃料電池を用いたコジェネレー
ションシステムの構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a cogeneration system using a solid oxide fuel cell.
１，１１…固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）、１２…
燃焼器、１３…空気予熱器、１４…蒸発器（第２の熱回
収器、第４の熱回収器、第６の熱回収器）、１５…蒸発
器（第１の熱回収器）、１６…エゼクタ、１７…燃料予
熱熱交換器、１８…ガス再循環ファン、１９…押し込み
送風機、２０…インテーク空気熱交換器、２１…空気／
燃料熱交換器、２２…蒸発器（第３の熱回収器）、２４
…蒸発器（第５の熱回収器）、２６…蒸発器（第７の熱
回収器）、２７…蒸発器（第８の熱回収器）1, 11 ... Solid oxide fuel cell (SOFC), 12 ...
Combustor, 13 ... Air preheater, 14 ... Evaporator (second heat recovery device, fourth heat recovery device, sixth heat recovery device), 15 ... Evaporator (first heat recovery device), 16 ... Ejector, 17 ... Fuel preheat heat exchanger, 18 ... Gas recirculation fan, 19 ... Push blower, 20 ... Intake air heat exchanger, 21 ... Air /
Fuel heat exchanger, 22 ... Evaporator (third heat recovery device), 24
... Evaporator (fifth heat recovery device), 26 ... Evaporator (seventh heat recovery device), 27 ... Evaporator (eighth heat recovery device)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 仁意 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 武信 弘一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 岸沢 浩 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA09 DD05 DD06 KK48 MM16 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Hitoshi Ono 2-1-1 Niihama, Arai-cho, Takasago, Hyogo Prefecture Takasago Laboratory, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (72) Inventor Konobu Takenobu 1-1 1-1 Wadasaki-cho, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo No. Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.Kobe Shipyard (72) Inventor Hiroshi Kishizawa 1-1 1-1 Wadasaki-cho, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo No. Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.Kobe Shipyard F-term (reference) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA09 DD05 DD06 KK48 MM16
Claims (10)
て発生する熱の回収を行なうシステムであって、 前記固体電解質型燃料電池の発電動作によって排出され
る排燃料と排空気とを混合して燃焼させる燃焼器と、 前記燃焼器内に配設され、かつ水蒸気または温水を生成
する第１の熱回収器と、を備えたことを特徴とする固体
電解質型燃料電池システム。1. A system for recovering heat generated by a power generation operation of a solid oxide fuel cell, in which exhaust fuel and exhaust air discharged by the power generation operation of the solid oxide fuel cell are mixed and burned. A solid oxide fuel cell system, comprising: a combustor for causing the combustor; and a first heat recovery device that is disposed in the combustor and that generates steam or hot water.
利用して水蒸気または温水を生成する第２の熱回収器を
備え、 前記第１の熱回収器と前記第２の熱回収器とが接続され
ていることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型
燃料電池システム。2. A second heat recovery device for generating steam or hot water by using heat of exhaust gas discharged from the combustor, wherein the first heat recovery device and the second heat recovery device are provided. The solid oxide fuel cell system according to claim 1, wherein
する請求項１または２に記載の固体電解質型燃料電池シ
ステム。3. The solid oxide fuel cell system according to claim 1, wherein the first heat recovery device is arranged downstream of the second heat recovery device.
て発生する熱の回収を行なうシステムであって、 前記システムの要素を収容するケーシングと、 前記ケーシング内に配設され、かつ前記固体電解質型燃
料電池の発電動作によって排出される排燃料と排空気と
を混合して燃焼させる燃焼器と、 水または温水を基に温水または水蒸気を生成するととも
に、前記ケーシングに対して付設される第３の熱回収器
と、を備えたことを特徴とする固体電解質型燃料電池シ
ステム。4. A system for recovering heat generated by a power generation operation of a solid oxide fuel cell, the casing containing the elements of the system, and the solid oxide fuel arranged in the casing. A combustor that mixes and combusts exhaust fuel and exhaust air that are discharged by the power generation operation of the cell, and generates hot water or steam based on water or hot water, and third heat attached to the casing. A solid oxide fuel cell system comprising: a collector.
利用して水蒸気または温水を生成する第４の熱回収器を
備え、 前記第３の熱回収器と前記第４の熱回収器とが接続され
ていることを特徴とする請求項４に記載の固体電解質型
燃料電池システム。5. A fourth heat recovery device for generating steam or hot water by utilizing heat of exhaust gas discharged from the combustor, wherein the third heat recovery device and the fourth heat recovery device are provided. The solid oxide fuel cell system according to claim 4, wherein
する請求項４または５に記載の固体電解質型燃料電池シ
ステム。6. The solid oxide fuel cell system according to claim 4, wherein the fourth heat recovery device is arranged on the downstream side of the third heat recovery device.
て排出される排燃料と排空気とを混合して燃焼させる燃
焼器と、 前記燃焼器から排出される排ガスを前記固体電解質型燃
料電池に循環させる循環ファンと、 前記循環ファンの上流側に配設されるとともに、供給さ
れる水または温水を基に温水または水蒸気を生成する第
５の熱回収器と、 前記第５の熱回収器よりも前記循環ファンの上流側に配
設されるとともに、前記第５の熱回収器に対して下流側
に接続され、かつ前記燃焼器から排出される排ガスの熱
を利用して水蒸気または温水を生成する第６の熱回収器
と、を備えたことを特徴とする固体電解質型燃料電池シ
ステム。7. A combustor for mixing and combusting exhaust fuel and exhaust air discharged by a power generation operation of a solid oxide fuel cell, and exhaust gas discharged from the combustor is circulated to the solid oxide fuel cell. And a fifth heat recovery device which is disposed on the upstream side of the circulation fan and which generates hot water or steam based on the supplied water or hot water, and the fifth heat recovery device. It is arranged on the upstream side of the circulation fan, is connected to the downstream side of the fifth heat recovery device, and uses the heat of the exhaust gas discharged from the combustor to generate steam or hot water. A solid oxide fuel cell system comprising: a sixth heat recovery device.
するケーシングを有し、 前記循環ファンおよび前記第５の熱回収器は、前記ケー
シングの外部に配設されたことを特徴とする請求項７に
記載の固体電解質型燃料電池システム。8. The solid oxide fuel cell system has a casing that houses the combustor and the sixth heat recovery device therein, and the circulation fan and the fifth heat recovery device are the The solid oxide fuel cell system according to claim 7, wherein the solid oxide fuel cell system is arranged outside the casing.
料を供給する燃料供給路と、 前記固体電解質型燃料電池に対して酸化剤としての空気
を供給する空気供給路と、 前記燃料供給路上に配設されるとともに、供給される水
または温水を基に温水または水蒸気を生成する第７の熱
回収器と、 前記空気供給路上に配設されるとともに、供給された水
または温水を基に温水または水蒸気を生成する第８の熱
回収器と、を備えたことを特徴とする固体電解質型燃料
電池システム。9. A fuel supply path for supplying fuel for power generation to the solid oxide fuel cell, an air supply path for supplying air as an oxidant to the solid oxide fuel cell, and on the fuel supply path. And a seventh heat recovery unit that generates hot water or steam based on the supplied water or hot water, and is installed on the air supply path, and based on the supplied water or hot water. An eighth heat recovery device that generates hot water or steam, and a solid oxide fuel cell system.
熱回収器への水または温水の供給を独立して制御する流
量制御機構を備えることを特徴とする請求項９に記載の
固体電解質型燃料電池システム。10. The solid according to claim 9, further comprising a flow rate control mechanism that independently controls the supply of water or hot water to the seventh heat recovery device or the eighth heat recovery device. Electrolyte fuel cell system.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001326800A JP2003132921A (en) | 2001-10-24 | 2001-10-24 | Solid electrolyte fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001326800A JP2003132921A (en) | 2001-10-24 | 2001-10-24 | Solid electrolyte fuel cell system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003132921A true JP2003132921A (en) | 2003-05-09 |
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ID=19143119
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003132921A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2001
- 2001-10-24 JP JP2001326800A patent/JP2003132921A/en not_active Withdrawn
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