JP2006501616A - 固体酸化物形燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
出願人による欧州特許出願公開第EP0668622A1号に開示される1つの既知の固体酸化物形燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池スタックとガスタービン・エンジンとを備える。固体酸化物形燃料電池スタックは複数の固体酸化物形燃料電池を備え、個々の固体酸化物形燃料電池は電解質、アノード及びカソードを備える。ガスタービン・エンジンは、コンプレッサと、コンプレッサを駆動するよう構成されたタービンとを備える。コンプレッサは、固体酸化物形燃料電池のカソードに酸化剤を供給するよう構成されており、固体酸化物形燃料電池のアノードに燃料を供給する手段が存在する。利用されなかった酸化剤の一部は、固体酸化物形燃料電池からカソードに供給される。利用されなかった燃料の一部は、燃焼器において利用されなかった酸化剤の残りの中で燃やされ、燃焼器の生成物がタービンを駆動する。コンプレッサにより供給される酸化剤を予熱するために、燃焼器の生成物から、コンプレッサから少なくとも1つのカソードに供給される酸化剤へと熱を伝達する熱交換器が設けられ得る。
この構成の問題点は、酸化剤が固体酸化物形燃料電池スタックに入る前に必要とされる温度に達するために、燃焼器の生成物から、コンプレッサから固体酸化物形燃料電池に供給される酸化剤へと熱を伝達するための高温熱交換器の利用が必要なことである。
従って、本発明は、固体酸化物形燃料電池スタック及びガスタービンを備える固体酸化物形燃料電池システムであって、固体酸化物形燃料電池スタックが少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池を備え、個々の固体酸化物形燃料電池が電解質、アノード及びカソードを備え、ガスタービン・エンジンがコンプレッサとコンプレッサを駆動するよう構成されたタービンとを備え、コンプレッサが少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池のカソードに酸化剤を供給するよう構成されるシステムにおいて、少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池のアノードに燃料を供給する手段と、少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池から少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池のカソードに対し、利用されなかった酸化剤の少なくとも一部を供給する手段であって、少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池からの利用されなかった燃料の少なくとも一部を、少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池からの利用されなかった酸化剤の少なくとも一部のなかで燃焼させ、コンプレッサにより供給される酸化剤を予熱するために、コンプレッサにより少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池のカソードに供給される酸化剤に燃焼器の生成物を供給するよう構成された燃焼器を備える手段とを備える固体酸化物形燃料電池システムを提供する。
利用されなかった酸化剤の第2の部分は、タービンを駆動するために、タービンに供給されることが望ましい。
コンプレッサにより供給される酸化剤を予熱するために、燃焼器の生成物から、コンプレッサから少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池のカソードに供給される酸化剤へと熱を伝達する熱交換器が設けられ得る。
代わりに、利用されなかった燃料に加圧する手段、及び利用されなかった燃料を燃料と混合する手段は、ポンプ、ファン、送風機又はターボマシンと、ミキサとを備える。
代わりに、利用されなかった燃料に加圧する手段は、ポンプ、ファン、送風機又はターボマシンを備え、利用されなかった燃料を燃料と混合する手段はミキサを備える。
燃料を少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池のアノードに供給する手段は改質器を備え、該改質器は燃料を改質するよう構成され、燃料供給源は燃料を改質器に供給するよう構成され、改質器は改質された燃料を少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池のアノードに供給するよう構成されることが望ましい。
本発明は、以下において、添付の図面を参照した例示により、更に完全に説明される。
アノード20には、燃料マニフォールド24により例えば水素のような燃料が供給され、例えば水素のような燃料の供給源28は、ダクト30を介して燃料マニフォールド24に燃料を供給するよう構成される。カソード22には、酸化剤マニフォールド26により例えば酸素、空気などのような酸化剤が供給され、酸化剤供給源32は、ダクト34を介して酸化剤マニフォールド26に酸化剤を供給するよう構成されている。
従来技術において、燃焼器は、高温熱交換器を用いて未利用酸化剤回収マニフォールドから酸化剤マニフォールドに供給される利用されなかった酸化剤を間接的に加熱する。
酸化剤排出装置はジェット・ポンプであり得る。代わりに、燃焼器の生成物に加圧し、コンプレッサにより供給される酸化剤と混合する他の手段が設けられ得る。例えばターボマシン、ファン、ポンプ又は送風機が、燃焼器の生成物に加圧するために設けられ、燃焼器の生成物と酸化剤とを混合するために別個のミキサが設けられ得る。ターボマシンは、出力タービンにより駆動され得る。ファン、ポンプ又は送風機は、出力タービンにより駆動されてもよく、電気的に、又は他の適切な手段により駆動されてもよい。
図4において、更なる代替案として、ダクト56にミキサ58Bへの直接供給を行わせ、ミキサ58Bと酸化剤マニフォールド26との間のダクト34にポンプ58Aを設けることも可能であり得る。これにより、より低い温度に適応するポンプの利用が可能になる。
高圧コンプレッサを備えるガスタービン・エンジンの場合、高圧コンプレッサの下流端からの流れを抽気して、抽気した流れを高圧タービンに供給する抽気装置があってもよい。代わりに、高圧コンプレッサの下流端からの流れを抽気して、抽気した流れをガスタービン・エンジンから排出する抽気装置があってもよい。
Claims (20)
- 固体酸化物形燃料電池スタック(12)及びガスタービン・エンジン(14)を備え、前記固体酸化物形燃料電池スタック(12)が、電解質(18)、アノード(20)及びカソード(22)をそれぞれ備える少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)を備え、前記ガスタービン・エンジン(14)が、前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)の前記カソード(22)に酸化剤を供給するよう構成されるコンプレッサ(60)と、該コンプレッサ(60)を駆動するよう構成されたタービン(62)とを備え、
更に、
前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)のアノード(20)に燃料を供給する手段(28、30、24)と、
前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)から前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)の前記カソード(22)に対し、利用されなかった酸化剤(49)の少なくとも一部(52)を供給する手段と
を備えた固体酸化物形燃料電池システム(10)であって、
前記利用されなかった酸化剤(49)の少なくとも一部(52)を供給する前記手段が、燃焼器(46)を備え、該燃焼器(46)が、前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)からの前記利用されなかった燃料の少なくとも一部(44)を、前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)からの前記利用されなかった酸化剤の前記少なくとも一部(52)のなかで燃焼させるよう構成されるとともに、前記コンプレッサ(60)により供給される前記酸化剤を予熱するために、前記燃焼器(46)の前記生成物を、前記コンプレッサ(60)により前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)の前記カソード(22)に供給される前記酸化剤に供給するように構成されていることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記固体酸化物形燃料電池スタック(12)が複数の固体酸化物形燃料電池を含むシステム。
- 請求項1又は2に記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記利用されなかった酸化剤の第2の部分(54)が、前記タービン(62)を駆動するために前記タービン(62)に供給されるシステム。
- 請求項1〜3のいずれか1つに記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記コンプレッサ(60)により供給される前記酸化剤を予熱するために、前記タービン排気(62)ガスから、前記コンプレッサ(60)から前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)の前記カソード(22)に供給される前記酸化剤へと熱を伝達する熱交換器(70)が設けられるシステム。
- 請求項1又は2記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記燃焼器(46)が、前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)からの前記利用されなかった燃料の少なくとも一部(44)を、前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)からの全ての前記利用されなかった酸化剤のなかで燃焼させるよう構成されるシステム。
- 請求項5記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記燃焼器(46)が、前記コンプレッサ(60)により供給される前記酸化剤を予熱するために、前記燃焼器(46)の前記生成物の一部(56B)を、前記コンプレッサ(60)により前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)の前記カソード(22)に供給される前記酸化剤に供給するよう構成されるシステム。
- 請求項6記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記燃焼器(46)の前記生成物の第2の部分(72)が、前記タービン(62)を駆動するために前記タービン(62)に供給されるシステム。
- 請求項7記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記コンプレッサ(60)により供給される前記酸化剤を予熱するために、前記燃焼器(46)の前記生成物から、前記コンプレッサ(60)から前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)の前記カソード(22)に供給される前記酸化剤へと熱を伝達するために熱交換器(74)が設けられるシステム。
- 請求項1〜8のいずれか1つに記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、更に、前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)からの前記利用されなかった燃料の少なくとも第2の部分(40)を前記アノード(20)に供給する手段であって、燃料を供給する前記手段(28、30、24)により供給される前記燃料を予熱するために、前記利用されなかった燃料の前記第2の部分を、燃料を供給する前記手段(28、30、24)により供給される前記燃料に供給するよう構成される手段を備えるシステム。
- 請求項9記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記利用されなかった燃料の少なくとも第2の部分(40)を供給する前記手段が、前記利用されなかった燃料に加圧する手段(42)と、前記利用されなかった燃料を前記燃料と混合する手段とを備えるシステム。
- 請求項10記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記利用されなかった燃料に加圧する前記手段(42)、及び前記利用されなかった燃料を前記燃料と混合する手段が排出装置を備えるシステム。
- 請求項10記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記利用されなかった燃料に加圧する手段(42)が、ポンプ、ファン、送風機又はターボマシンを備え、前記利用されなかった燃料を前記燃料と混合する前記手段がミキサを備えるシステム。
- 請求項1〜12のいずれか1つに記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記利用されなかった酸化剤の少なくとも一部を供給する前記手段が、前記利用されなかった酸化剤に加圧する手段(58)と、前記利用されなかった酸化剤を前記酸化剤と混合する手段(58)とを備えるシステム。
- 請求項13記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記利用されなかった酸化剤に加圧する手段(58)、及び前記利用されなかった酸化剤を前記酸化剤と混合する手段(58)が排出装置を備えるシステム。
- 請求項13記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記利用されなかった酸化剤に加圧する手段(58)、及び前記利用されなかった酸化剤を前記酸化剤と混合する手段(58)が、ポンプ、ファン、送風機又はターボマシン(58A)と、ミキサ(58B)とを備えるシステム。
- 請求項13〜15のいずれか1つに記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記燃焼器(46)が、前記利用されなかった酸化剤に加圧する前記手段(58)及び前記利用されなかった酸化剤を前記酸化剤と混合する手段を介して前記コンプレッサ(60)により供給される前記酸化剤を予熱するために、前記燃焼器(46)の前記生成物を、前記コンプレッサ(60)により前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)の前記カソード(22)に供給される前記酸化剤に供給するよう構成されるシステム。
- 請求項11、14又は16のいずれか1つに記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記排出装置がジェットポンプであるシステム。
- 請求項1〜17のいずれか1つに記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、燃料を前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)の前記アノード(22)に供給する前記手段が改質器を備え、該改質器(76)が前記燃料を改質するよう構成され、燃料供給源(28)が前記改質器(76)に燃料を供給するよう構成され、前記改質器(76)が改質された燃料を前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)の前記アノード(20)に供給するよう構成されるシステム。
- 請求項18記載の固体酸化物形燃料電池システムであって、前記利用されなかった酸化剤の少なくとも一部を供給する前記手段が、前記改質器(76)を加熱するよう構成されるシステム。
- 固体酸化物形燃料電池スタック(12)及びガスタービン・エンジン(14)を備え、前記固体酸化物形燃料電池スタック(12)が、電解質(18)、アノード(20)及びカソード(22)をそれぞれ備える少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)を備え、前記ガスタービン・エンジン(14)が、前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)の前記カソード(22)に酸化剤を供給するよう構成されるコンプレッサ(60)と、該コンプレッサを駆動するよう構成されたタービン(62)とを備え、
更に、
前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)の前記アノード(20)に燃料を供給する手段(28、30、24)と、
前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)から燃焼器(46)に前記利用されなかった酸化剤(49)の少なくとも一部(52)を供給する前記手段と、
前記利用されなかった燃料の少なくとも一部を前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)から前記燃焼器(46)に供給する手段であって、前記燃焼器(46)が前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)からの前記利用されなかった燃料の前記少なくとも一部(44)を、前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)からの前記利用されなかった酸化剤の前記少なくとも一部(52)のなかで燃焼させるよう構成されるとともに、前記コンプレッサ(60)により供給される前記酸化剤を予熱するために、前記燃焼器(46)の前記生成物を、前記コンプレッサ(60)により前記少なくとも1つの固体酸化物形燃料電池(16)の前記カソード(22)に供給される前記酸化剤に供給するように構成される手段と
を備える固体酸化物形燃料電池システム(10)。
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