JP2006302660A - 固体酸化物型燃料電池発電装置 - Google Patents

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Masanori Kawazoe
政宣 川添
Kazuo Yonemoto
和生 米本
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

【課題】 燃料ガスを再循環するに当たって、水回路を用いることなく再循環ガスの温度を下げる。
【解決手段】 燃料ガスを再循環ガス熱回収器３を通して燃料電池本体１の燃料極１Ａに供給するとともに、酸化剤を含むガスとしての空気を再循環ガス冷却器４、および燃焼ガス熱回収器６を通して燃料電池本体１の空気極１Ｂに供給して発電を行い、発電後の燃料ガスの一部および空気を燃焼器２に供給して燃焼させる一方、発電後の燃料ガスの残部を再循環ガス熱回収器３、再循環ガス冷却器４、および再循環ブロア５を通して回収し、新たに供給される燃料ガスと混合し、燃焼器２から出力される燃焼ガスを燃焼ガス熱回収器６を通して排気する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、発電後の燃料ガスを再循環させるようにした固体酸化物型燃料電池発電装置に関する。
固体酸化物型燃料電池で発電後の燃料ガスの再循環を行うと、発電効率が高効率化することができるとともに、燃料の改質やコーキング防止に必要な水蒸気を、電池排ガスから直接利用することができることが従来から知られている。
そして、燃料ガスの再循環量を確保するために、熱交換器と冷却器とを設置することで再循環ガスの温度を下げて、ブロアを通過する温度を下げ、ブロアが高温になることを防止することを提案している（特許文献１、特許文献２参照）。
特開平１１−２１４０２１号公報 特開平１１−２３３１２９号公報
しかし、特許文献１では、どのようにして再循環ガスの温度を下げるかを具体的には開示していない。
また、特許文献２では、水冷式の凝縮器を用いることにより再循環ガスの温度を下げることを記載している。この場合には、せっかく再循環回路により、電池回路の水回路を排除しても、凝縮回路で水を用いることになるので、水回路にまつわる腐食の発生という問題やメンテナンスの手間が排除できないという問題がある。
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、燃料ガスを再循環するに当たって、水回路を用いることなく再循環ガスの温度を下げることができる固体酸化物型燃料電池発電装置を提供することを目的としている。
請求項１の固体酸化物型燃料電池発電装置は、発電後の燃料ガスを、熱回収器、冷却器を経た後、新たに供給される燃料ガスと混合し、熱回収器で加熱して燃料電池本体に供給する回路を持つ固体酸化物型燃料電池発電装置において、
前記冷却器の冷却流体として、発電のための酸化剤を含むガスを採用するものである。
この場合には、冷却のための冷却水回路や外気放熱のための空気熱交換器を不要にすることができるとともに、発電後の燃料ガスの持つ熱量を外部に捨てることなく有効に利用することができる。
請求項２の固体酸化物型燃料電池発電装置は、発電のための酸化剤を含むガスとして空気を採用し、空気により、発電後の燃料ガスを冷却するとともに、燃料電池本体または燃焼器からの放熱を回収するものである。
この場合には、空気の流量が燃料ガスに比較して多いので、発電後の燃料ガスを冷却しても、まだ冷却能力が残っており、これを燃料電池モジュールからの放熱ロスの回収に用いることで、効率を向上させることができる。
請求項３の固体酸化物型燃料電池発電装置は、発電後の燃料ガスを冷却する回路へ供給する発電のための酸化剤を含むガスの流量を調節する流量調節手段を含むものである。
この場合には、燃料電池の供給する燃料回路側のガス温度を冷やしすぎることを防止することができる。
請求項１の発明は、冷却のための冷却水回路や外気放熱のための空気熱交換器を不要にすることができるとともに、発電後の燃料ガスの持つ熱量を外部に捨てることなく有効に利用することができるという特有の効果を奏する。
請求項２の発明は、効率を向上させることができるという特有の効果を奏する。
請求項３の発明は、燃料電池の供給する燃料回路側のガス温度を冷やしすぎることを防止することができるという特有の効果を奏する。
以下、添付図面を参照して、この発明の固体酸化物型燃料電池発電装置の実施の形態を詳細に説明する。
図１はこの発明の固体酸化物型燃料電池発電装置の一実施形態を概略的に示すブロック図である。
この固体酸化物型燃料電池発電装置は、燃料ガスを再循環ガス熱回収器３を通して燃料電池本体１の燃料極１Ａに供給するとともに、酸化剤を含むガスとしての空気を再循環ガス冷却器４、および燃焼ガス熱回収器６を通して燃料電池本体１の空気極１Ｂに供給して発電を行い、発電後の燃料ガスの一部および空気を燃焼器２に供給して燃焼させる一方、発電後の燃料ガスの残部を再循環ガス熱回収器３、再循環ガス冷却器４、および再循環ブロア５を通して回収し、新たに供給される燃料ガスと混合する。そして、燃焼器２から出力される燃焼ガスを燃焼ガス熱回収器６を通して排気する。
したがって、発電後の燃料ガスの残部は、再循環ガス熱回収器３において新たに供給される燃料ガスとの間で熱交換が行われることにより冷却され、次いで、再循環ガス冷却器４において空気との間で熱交換が行われることによりさらに冷却される。そして、発電後の燃料ガスの残部を冷却するためには、水回路を必要としない。
また、燃焼器２から出力される燃焼ガスは燃焼ガス熱回収器６において空気との間で熱交換が行われることにより冷却される。
また、上記の熱交換によって、新たに供給される燃料ガス、および空気が共に昇温されるので、高効率化を達成することができる。
図２はこの発明の固体酸化物型燃料電池発電装置の他の実施形態を概略的に示すブロック図である。
この固体酸化物型燃料電池発電装置が図１の固体酸化物型燃料電池発電装置と異なる点は、再循環ガス冷却器４と燃焼ガス熱回収器６との間において、燃料電池本体１、燃焼器２からの放熱を回収すべく空気が供給される放熱ロス回収用熱交換器７をさらに設けた点のみである。
この場合には、放熱ロス回収用熱交換器７によって燃料電池本体１、燃焼器２からの放熱を回収することができるので、一層の高効率化を達成することができる。
図３はこの発明の固体酸化物型燃料電池発電装置のさらに他の実施形態を概略的に示すブロック図である。
この固体酸化物型燃料電池発電装置が図２の固体酸化物型燃料電池発電装置と異なる点は、空気を再循環ガス冷却器４と放熱ロス回収用熱交換器７とにこの順に供給する代わりに、空気を再循環ガス冷却器４と放熱ロス回収用熱交換器７とに分岐させるとともに、分岐流量比率を調節する流量調節装置８を設けた点のみである。
この場合には、燃料電池の供給する燃料回路側のガス温度を冷やしすぎることを防止することができる。
この発明の固体酸化物型燃料電池発電装置の一実施形態を概略的に示すブロック図である。 この発明の固体酸化物型燃料電池発電装置の他の実施形態を概略的に示すブロック図である。 この発明の固体酸化物型燃料電池発電装置のさらに他の実施形態を概略的に示すブロック図である。
符号の説明
１ 燃料電池本体
２ 燃焼器
３ 再循環ガス熱回収器
４ 再循環ガス冷却器
６ 燃焼ガス熱回収器
７ 放熱ロス回収用熱交換器
８ 流量調節装置

Claims (3)

  1. 発電後の燃料ガスを、熱回収器（３）、冷却器（４）を経た後、新たに供給される燃料ガスと混合し、熱回収器（３）で加熱して燃料電池本体（１）に供給する回路を持つ固体酸化物型燃料電池発電装置において、
    前記冷却器（４）の冷却流体として、発電のための酸化剤を含むガスを採用することを特徴とする固体酸化物型燃料電池発電装置。
  2. 発電のための酸化剤を含むガスとして空気を採用し、空気により、発電後の燃料ガスを冷却するとともに、燃料電池本体（１）または燃焼器（２）からの放熱を回収する請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。
  3. 発電後の燃料ガスを冷却する回路へ供給する発電のための酸化剤を含むガスの流量を調節する流量調節手段（８）をさらに含む請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。
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