JP2007505467A - 改良された高効率の燃料電池およびタービン発電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (25)
- ハイブリッド型の燃料電池システムであって、
アノード部及びカソード部を有する燃料電池と、
オキシダント供給ガスを圧縮して圧縮オキシダント供給ガスを出力する圧縮サイクル及び膨張サイクルを有する熱機関と、
前記カソード部からの排気ガスに反応し、前記圧縮オキシダント供給ガスを加熱する前記熱回収装置とを含み、
前記加熱された圧縮オキシダント供給ガスは、膨張オキシダント供給ガスを発生するとともに、発電機において電気エネルギーへと変換されることになる機械エネルギーを生成するために、前記熱機関における膨張サイクルにおいて膨張されるものであり、さらに、
前記膨張オキシダント供給ガスを、第1の膨張オキシダント供給ガス及び第2の膨張オキシダント供給ガスに分割するバイパスアセンブリを含み、
前記第1の膨張オキシダント供給ガスは、前記燃料電池のカソード部に入力されるオキシダント供給ガスを生成するために使用され、前記第2の膨張オキシダント供給ガスは、前記燃料電池から排除されることを特徴とするハイブリッド型の燃料電池システム。 - 前記バイパスアセンブリは、前記第2の膨張オキシダント供給ガスを前記カソード部からの排気ガスに反応させるためのラインへと連通するバイパスラインを含むことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記熱機関は、前記カソード部によって要求される最大のガス流より高い温度のガス流でもって動作することを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記熱機関は、タービン発電機を含み、該タービン発電機は、前記オキシダント供給ガスを受け入れて前記圧縮サイクルを実行する圧縮器部と、前記加熱された圧縮オキシダント供給ガスを受け入れて前記膨張サイクルを実行する膨張部とを含むことを特徴とする請求項3に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記燃料電池は、高温燃料電池であることを特徴とする請求項4に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記燃料電池は、内部改質型の燃料電池であることを特徴とする請求項5に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記燃料電池は、炭酸塩型の燃料電池であることを特徴とする請求項6に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記燃料電池には、ほぼ周囲圧力に近い圧力の燃料が供給されることを特徴とする請求項7に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記燃料電池は、外部改質型の燃料電池または内部改質型の燃料電池の1つであることを特徴とする請求項3に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記燃料電池は、炭酸塩型の燃料電池または固体酸化物型の燃料電池の1つであることを特徴とする請求項9に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記バイパスアセンブリは、流量制御弁と、流量検出制御装置とを含み、
前記流量制御弁は、前記熱機関の膨張サイクルからの膨張オキシダント供給ガスを受け入れる入力ポートと、前記第1の膨張オキシダント供給ガスを出力する第1の出力部および前記第2の膨張オキシダント供給ガスを出力する第2の出力部とを有し、
前記流量検出制御装置は、前記第1の膨張オキシダント供給ガスを検出して、前記第1の膨張オキシダント供給ガスおよび前記第2の膨張オキシダント供給ガスを調整するために前記流量制御弁を制御する
ことを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。 - 前記流量制御弁は、前記第1の膨張オキシダント供給ガスによって、前記燃料電池における最適な燃料電池温度分布と最適な酸素濃度とが実現されるよう制御されることを特徴とする請求項11に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記流量制御弁は、3方弁又は切換え弁の1つことを特徴とする請求項11に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記燃料電池は、炭酸塩型の燃料電池であり、
前記熱回収装置は、前記カソード部からの排気ガスと、前記第2の膨張オキシダント供給ガスとを受け入れるものであり、
さらに、前記燃料電池システムは、
熱交換器と、
オキシダイザとを含み、
前記熱交換器は、前記膨張オキシダント供給ガスを供給するために前記熱機関の前記膨張サイクルにおいて前記加熱された圧縮オキシダント供給ガスが膨張されるのに先立って、前記熱回収装置から供給された前記加熱された圧縮オキシダント供給ガスへ追加の熱を供給するものであり、
前記オキシダイザは、前記第1の膨張オキシダント供給ガスと、前記アノード部からの排気ガスとを受け入れてオキシダイザ出力ガスを生成するものであり、
前記オキシダイザ出力ガスは、前記熱交換器を通過し、前記カソード部へ入力される前記オキシダント供給ガスとして供給されることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。 - 前記バイパスアセンブリは、前記第2の膨張オキシダント供給ガスを前記カソード部からの排気ガスに反応させるためのラインへと連通するバイパスラインを含むことを特徴とする請求項14に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記熱機関は、前記カソード部によって要求される最大のガス流より高い温度のガス流でもって動作することを特徴とする請求項15に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記熱機関は、タービン発電機を含み、該タービン発電機は、前記オキシダント供給ガスを受け入れて前記圧縮サイクルを実行する圧縮器部と、前記熱交換器を通過してきた前記加熱された圧縮オキシダント供給ガスを受け入れて前記膨張サイクルを実行する膨張部とを含むことを特徴とする請求項16に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記バイパスアセンブリは、流量制御弁と、流量検出制御装置とを含み、
前記流量制御弁は、前記熱機関の前記圧縮部からの膨張オキシダント供給ガスを受け入れる入力ポートと、前記第1の膨張オキシダント供給ガスを出力する第1の出力部および前記第2の膨張オキシダント供給ガスを出力する第2の出力部とを有し、
前記流量検出制御装置は、前記第1の膨張オキシダント供給ガスを検出して、前記第1の膨張オキシダント供給ガスおよび前記第2の膨張オキシダント供給ガスを調整するために前記流量制御弁を制御する
ことを特徴とする請求項15に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。 - 前記流量制御弁は、前記第1の膨張オキシダント供給ガスによって、前記燃料電池における最適な燃料電池温度分布と最適な酸素濃度とが実現されるよう制御されることを特徴とする請求項18に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記燃料電池は、固体酸化物型の燃料電池であり、
前記熱回収装置は、前記第2の膨張オキシダント供給ガスを受け入れるものであり、
さらに、前記燃料電池システムは、
オキシダイザを含み、
前記オキシダイザは、前記カソード部からの排気ガスを受け入れるとともに、前記アノード部からの排気ガスを受け入れて、前記熱回収装置へと出力される出力ガスを生成する
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。 - 前記バイパスアセンブリは、前記第2の膨張オキシダント供給ガスを前記カソード部からの排気ガスに反応させるためのラインへと連通するバイパスラインを含むことを特徴とする請求項20に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記熱機関は、前記カソード部によって要求される最大のガス流より高い温度のガス流でもって動作することを特徴とする請求項21に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記熱機関は、タービン発電機を含み、該タービン発電機は、前記オキシダント供給ガスを受け入れて前記圧縮サイクルを実行する圧縮器部と、前記加熱された圧縮オキシダント供給ガスを受け入れて前記膨張サイクルを実行する膨張部とを含むことを特徴とする請求項22に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
- 前記バイパスアセンブリは、流量制御弁と、流量検出制御装置とを含み、
前記流量制御弁は、前記熱機関の膨張サイクルからの膨張オキシダント供給ガスを受け入れる入力ポートと、前記第1の膨張オキシダント供給ガスを出力する第1の出力部および前記第2の膨張オキシダント供給ガスを出力する第2の出力部とを有し、
前記流量検出制御装置は、前記第1の膨張オキシダント供給ガスを検出して、前記第1の膨張オキシダント供給ガスおよび前記第2の膨張オキシダント供給ガスを調整するために前記流量制御弁を制御する
ことを特徴とする請求項21に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。 - 前記流量制御弁は、前記第1の膨張オキシダント供給ガスによって、前記燃料電池における最適な燃料電池温度分布と最適な酸素濃度とが実現されるよう制御されることを特徴とする請求項22に記載のハイブリッド型の燃料電池システム。
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