JP2007328989A - 固体酸化物形燃料電池システムおよびその起動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】起動用燃料極側燃焼器の燃焼ガスと起動用燃料極側温度調整ガスを混合して得たガスを起動用燃料極側燃焼器ガスの後流において混合拡散して燃料電池側にある多孔質整流体に供給し、起動用酸化剤極側燃焼器の燃焼ガスと起動用酸化剤極側温度調整ガスを混合して得たガスを起動用酸化剤極側燃焼器ガスの後流において混合拡散して燃料電池側にある隔離板方向から燃料電池に供給し、燃料電池を昇温して起動させる固体電解質燃料電池システム及びその起動方法。
【選択図】図1
Description
前記燃料極側に設けられた燃料極側燃焼器と、
前記燃料極側燃焼器の燃焼ガスを前記燃料流路に供給する手段と、
前記空気極側に設けられた酸化剤極側燃焼器と、
前記酸化剤極側燃焼器の燃焼ガスを前記酸化剤流路に供給する手段と、
前記燃料極側燃焼器と前記燃料電池の間に介在された多孔質整流体と、
前記酸化剤極側燃焼器と前記燃料電池の間に介在された隔離板と、
発電用燃料の供給口、発電用酸化剤供給口及び燃料電池排ガスの排出口を有し、前記燃料電池、前記多孔質整流体、前記隔離板、前記燃料極側燃焼器及び前記酸化剤極側燃焼器を包囲する容器とを有し、
前記容器は発電用燃料を供給する燃料供給手段と、発電用酸化剤を供給する燃料供給手段を有し、
前記容器は前記燃料極側燃焼器の燃焼ガスと燃料極側温度調整ガスとを混合する手段と、前記酸化剤極側燃焼器の燃焼ガスと酸化剤極側温度調整ガスとを混合する手段とを有し、
前記燃料極側温度調整ガスの拡散手段が前記燃料極側燃焼器と前記多孔質整流体との間に設けられ、かつ前記燃料極側拡散手段は前記燃料極側燃焼器の横断面積よりも広い横断面積を持ち、前記酸化剤極側温度調整ガスの拡散手段が前記酸化剤極側燃焼器と前記隔離板との間に設けられ、かつ前記酸化剤極側拡散手段は前記酸化剤極側燃焼器の横断面積よりも広い横断面積を持ち、
これにより前記燃料極側燃焼器の燃焼ガスと前記燃料極側温度調整ガスの混合ガス及び前記酸化剤極側燃焼器の燃焼ガスと前記酸化剤極側温度調整ガスの混合ガスが横方向に拡散した後にそれぞれ燃料極及び酸化剤極に導入される固体酸化物形燃料電池システムを提供する。
Claims (21)
- 起動用燃料極側燃焼器の燃焼ガスと起動用燃料極側温度調整ガスを混合して得たガスを起動用燃料極側燃焼器の燃焼ガスの後流において混合拡散して燃料電池側にある多孔質整流体を介して燃料極に供給し、かつ起動用酸化剤極側燃焼器の燃焼ガスと起動用酸化剤極側温度調整ガスを混合して得たガスを、起動用酸化剤極側燃焼器の燃焼ガスの後流において混合拡散して燃料電池側にある隔離板方向から燃料電池の酸化剤極に供給し、燃料電池を昇温して起動させる固体電解質燃料電池システム。
- 一側に燃料極を他方に酸化剤極を有する固体電解質と、前記燃料極に燃料を供給する燃料流路と、前記酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤流路とを備える燃料電池と、
前記燃料極側に設けられた起動用燃料極側燃焼器と、
前記起動用燃料極側燃焼器の燃焼ガスを前記燃料流路に供給する手段と、
前記酸化剤極側に設けられた起動用酸化剤極側燃焼器と、
前記起動用酸化剤極側燃焼器の燃焼ガスを前記酸化剤流路に供給する手段と、
前記起動用燃料極側燃焼器と前記燃料電池の間に介在された多孔質整流体と、
前記起動用酸化剤極側燃焼器と前記燃料電池の間に介在された隔離板と、
発電用燃料の供給口、発電用酸化剤の供給口及び燃料電池ガスの排出口を有し、前記燃料電池、前記多孔質整流体、前記隔離板、前記起動用燃料極側燃焼器及び前記起動用酸化剤極側燃焼器を包囲する容器を有し、
前記容器は発電用燃料を供給する燃料供給手段と、発電用酸化剤を供給する燃料供給手段を有し、
前記容器は前記起動用燃料極側燃焼器の燃焼ガスと起動用燃料極側温度調整ガスとを混合する手段と、前記起動用酸化剤極側燃焼器の燃焼ガスと起動用酸化剤極側温度調整ガスとを混合する手段とを有し、
前記起動用燃料極側温度調整ガスの燃料極側拡散手段が前記起動用燃料極側燃焼器と前記多孔質整流体との間に設けられ、かつ前記燃料極側拡散手段は前記起動用燃料極側燃焼器の横断面積よりも広い横断面積を持ち、前記起動用酸化剤極側温度調整ガスの酸化剤極側拡散手段が前記起動用酸化剤極側燃焼器と前記隔離板との間に設けられ、かつ前記酸化剤極側拡散手段は前記起動用酸化剤極側燃焼器の横断面積よりも広い横断面積を持ち、
これにより、前記起動用燃料極側燃焼器の燃焼ガスと前記起動用燃料極側温度調整ガスの混合ガス及び前記起動用酸化剤極側燃焼器の燃焼ガスと前記起動用酸化剤極側温度調整ガスの混合ガスが、前記多孔質整流体および隔離板と平行の方向に拡散した後、それぞれ燃料極及び酸化剤曲に導入することを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。 - 前記燃料極側拡散手段が、前記多孔質整流体と平行方向に開口を有する複数の整列した配管であることを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記燃料極側拡散手段が、前記多孔質整流体と平行方向に配置された邪魔板であることを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記酸化剤極側拡散手段が、前記多孔質整流体と平行方向に配置された邪魔板であることを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記燃料極側拡散手段及び前記酸化剤極側拡散手段が、それぞれ前記多孔質整流体および前期隔離板と平行方向に配置した邪魔板であることを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記起動用燃料極側燃焼器に起動用燃料及び起動用酸化剤を供給する手段を設けたことを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記起動用酸化剤極側燃焼器に起動用燃料及び起動用酸化剤を供給する手段を設けたことを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記燃料極側温度調整ガスの供給手段は、前記燃料極側燃焼器の燃焼ガスが横方向に拡散する前に供給する手段であることを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記起動用酸化剤極側温度調整ガスの供給手段は、前記起動用酸化剤極側燃焼器の燃焼ガスが横方向に拡散する前の位置に配置されていることを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記起動用燃料極側燃焼器および起動用燃料極側温度調整ガス供給手段は、前記燃料流路に連通していることを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記起動用酸化剤極側燃焼器および起動用酸化剤側温度調整ガスの供給手段は、前記酸化剤流路に連通していることを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
- 前記起動用燃料極側燃焼器から排出される燃料極側燃焼ガスと、前記起動用燃料極側温度調整ガスの供給手段から供給される燃料極側温度調整ガスとを混合してなる燃料極側高温混合ガスを、前記燃料流路に流通させて前記燃料電池に供給し、前記燃料電池の昇温を行うことを特徴とする請求項2記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 前記起動用酸化剤極側燃焼器から排出される酸化剤極側燃焼ガスと、前記起動用酸化剤極側温度調整ガスの供給手段から供給される酸化剤極側温度調整ガスとを混合してなる酸化剤極側高温混合ガスを、前記酸化剤流路に流通させて前記燃料電池に供給し、前記燃料電池の昇温を行うことを特徴とする請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 前記配管は、前記起動用燃料極側燃焼器の燃焼ガス流路に連通する複数の噴出孔を有しており、前記燃料極側燃焼ガスと混合して前記燃料極側高温混合ガスを生成することを特徴とする請求項3記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 前記起動用酸化剤極側燃焼器から排出される前記空気極側燃焼ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤極側高温ガス流路は、前記酸化剤極側燃焼器よりも下流側に流路拡大部を有し、前記流路拡大部より下流側に、前記酸化剤極側燃焼ガスの流れを遮る向きに、前記邪魔板が設置されていることを特徴とする請求項6記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 前記配管は前記燃料極側高温ガス流路に連通する複数の噴出孔を有しており、前記配管に前記燃料極側温度調整ガスを流通して前記噴出孔から前記燃料極側高温ガス流路中に噴出させ、前記起動用燃料極側燃焼ガスと混合して前記燃料極側高温混合ガスを生成することを特徴とする請求項3記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 前記燃料極側温度調整ガス供給手段は、前記流路拡大部あるいは前記流路拡大部の上流側に設けられ、前記邪魔板に向かう方向に前記燃料極側温度調整ガスを噴出する複数の噴出孔を有することを特徴とする請求項16固体酸化物形燃料電池システム。
- 起動用燃料極側燃焼器の燃焼ガスと起動用燃料極側温度調整ガスを混合して得たガスを起動用燃料極側燃焼器ガスの後流において混合拡散して燃料電池側にある多孔質整流体を介して燃料電池の燃料極に供給し、起動用酸化剤極側燃焼器の燃焼ガスと起動用酸化剤極側温度調整ガスを混合して得たガスを混合拡散して燃料電池側にある隔離板方向から燃料電池の酸化剤極に供給し、燃料電池を昇温して起動させる固体電解質燃料電池システムの起動方法。
- 前記起動用燃料極側燃焼器を、当量比が1以上の条件で燃焼させて還元性を有する前記燃料極側燃焼器の燃焼ガスを生成し、前記起動用燃料極側温度調整ガスの供給手段からは、燃料極側燃焼ガスよりも低温の不活性ガスあるいは還元性ガスを前記燃料極側温度調整ガスとして供給し、前記燃料極側燃焼ガスと前記燃料極側温度調整ガスとを混合してなる燃料極側混合ガスを燃料流路に流通させて前記燃料電池に供給し、前記燃料極を還元性雰囲気に保ちつつ前記燃料電池の昇温を行うことを特徴とする請求項19に記載の固体酸化物形燃料電池システムの起動方法。
- 起動用燃料極側燃焼器を、当量比が1以上の条件で燃焼させて還元性を有する燃料極側燃焼ガスを生成し、起動用燃料極側温度調整ガス供給手段から、前記燃料極側燃焼ガスよりも低温の不活性ガスあるいは還元性ガスを前記燃料極側温度調整ガスとして供給し、前記燃料極側燃焼ガスと燃料極側温度調整ガスとを混合してなる燃料極側高温混合ガスを燃料流路に流通させて前記燃料電池に供給し、燃料電池の燃料極を還元性雰囲気に保ちつつ前記燃料電池の昇温を行ない、前記酸化剤極側燃焼器を、当量比が1以下の条件で燃焼させて酸化性を有する酸化剤極側燃焼ガスを生成し、起動用酸化剤極側温度調整ガス供給手段からは、前記酸化剤極側燃焼ガスよりも低温の不活性ガスあるいは酸化性ガスを酸化剤極側温度調整ガスとして供給し、酸化剤極側燃焼ガスと前記酸化剤極側温度調整ガスとを混合してなる酸化剤極側高温混合ガスを酸化剤流路に流通させて前記燃料電池に供給し、前記酸化剤極を酸化性雰囲気に保ちつつ前記燃料電池の昇温を行うことを特徴とする請求項19記載の固体酸化物形燃料電池システムの起動方法。
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