JP2008021438A - 燃料電池用ガス供給ヘッダ及び燃料電池発電システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池本体内に収納された複数の燃料電池セルに、燃料ガス又は酸化剤ガスを分配供給するガスヘッダの中に、発電反応に利用されなかった未反応分の燃料ガスと酸化剤ガスとが燃焼反応して発生した高温燃焼排ガスを取り込み、燃料電池本体の周辺部へ配置されたセルに供給するガスへ多量の熱を熱交換によって与え、燃料電池本体の中央部へ配置されたセルに供給するガスへ少量の熱を熱交換によって与えるようにした。
【選択図】図1
Description
Claims (19)
- 複数の燃料電池セルが収納されている燃料電池本体を燃料ガスと酸化剤ガスが通過し発電反応に寄与した後に未反応分が燃焼反応して燃焼排ガスとなる燃料電池発電システムに備えられ、前記燃料電池本体内の複数の前記燃料電池セルに燃料ガス又は酸化剤ガスを分配供給するガス供給ヘッダにおいて、前記燃料電池本体の低温部分へ高温のガスが供給され高温部分へ低温のガスが供給されるように前記燃焼排ガスの熱を燃料ガス又は酸化剤ガスへ熱交換により与える機構を備えたことを特徴とする燃料電池用ガス供給ヘッダ。
- 前記燃料電池セルが固体酸化物形燃料電池セルであることを特徴とする請求項1記載の燃料電池用ガス供給ヘッダ。
- 前記燃料電池本体内の外周部に配置された前記燃料電池セルへ導入される燃料ガス又は酸化剤ガスに、前記燃焼排ガスの熱がより多く与えられるように熱交換機構を構成したことを特徴とする請求項1記載の燃料電池用ガス供給ヘッダ。
- 前記燃料電池本体内の複数の前記燃料電池セルに燃料ガス又は酸化剤ガスが分配供給されるように複数のガス分配口を備えたガス室と、前記燃料電池本体で発生した前記燃焼排ガスを流通させる燃焼排ガス流路とを内蔵し、前記燃焼排ガス流路を流れる前記燃焼排ガスの熱が前記ガス室内の燃料ガス又は酸化剤ガスに熱交換により与えられるようにしたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池用ガス供給ヘッダ。
- 請求項4において、前記ガス室に隣接して前記燃焼排ガス流路を備え、前記ガス室と前記燃焼排ガス流路とを仕切る隔壁の前記ガス室側又は前記燃焼排ガス流路側又はその両方に熱交換用フィンを設置したことを特徴とする燃料電池用ガス供給ヘッダ。
- 請求項5において、前記ガス室内の燃料ガス又は酸化剤ガスのうち、前記燃料電池本体内の外周部に配置された前記燃料電池セルへ導入されるガスに、前記燃焼排ガス流路を流れる前記燃焼排ガスの熱がより多く熱交換により与えられるように、前記外周部へ燃料ガス又は酸化剤ガスを分配供給する前記ガス分配口が設けられている部分の近傍の前記隔壁に前記熱交換用フィンを設けたことを特徴とする燃料電池用ガス供給ヘッダ。
- 前記熱交換用フィンの厚さ、大きさ、フィン間隔のうち少なくとも1つを調整することにより、前記ガス室内の燃料ガス又は酸化剤ガスに熱交換により与えられる前記燃焼排ガスの熱の量が制御されるようにしたことを特徴とする請求項5記載の燃料電池用ガス供給ヘッダ。
- 複数の燃料電池セルが収納されている燃料電池本体を燃料ガスと酸化剤ガスが通過し発電反応に寄与した後に未反応分が燃焼反応して燃焼排ガスとなる燃料電池発電システムに備えられ、前記燃料電池本体内の複数の前記燃料電池セルに酸化剤ガスを分配供給するガス供給ヘッダにおいて、前記燃料電池本体の低温部分へ高温の酸化剤ガスが供給され高温部分へ低温の酸化剤ガスが供給されるように前記燃焼排ガスの熱を酸化剤ガスへ熱交換により与える機構を備えたことを特徴とする燃料電池用ガス供給ヘッダ。
- 請求項8において、前記燃料電池本体内の複数の燃料電池セルに酸化剤ガスが分配供給されるように複数のガス分配口を備えた酸化剤ガス室と、前記酸化剤ガス室に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給管と、前記燃焼排ガスを流通させる燃焼排ガス流路とを内蔵し、前記燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの熱が前記酸化剤ガス室内の酸化剤ガスに熱交換により与えられたのちに、前記酸化剤ガス供給管を流れる酸化剤ガスに熱交換により与えられるようにしたことを特徴とする燃料電池用ガス供給ヘッダ。
- 請求項9において、前記酸化剤ガス室の周囲及び前記酸化剤ガス供給管の周囲を前記燃焼排ガスが流れるように前記燃焼排ガス流路を備え、前記酸化剤ガス室と前記燃焼排ガス流路とを仕切る隔壁の前記酸化剤ガス室側又は前記燃焼排ガス流路側又はその両方に熱交換用のフィンを設けたことを特徴とする燃料電池用ガス供給ヘッダ。
- 請求項10において、前記酸化剤ガス室内の酸化剤ガスのうち、前記燃料電池本体の外周部に配置された前記燃料電池セルへ導入される酸化剤ガスに、前記燃焼排ガスの熱がより多く熱交換により与えられるように、前記外周部へ酸化剤ガスを導入する前記ガス分配口が備えられている部分の近傍の前記隔壁に前記熱交換用フィンを設けたことを特徴とする燃料電池用ガス供給ヘッダ。
- 前記熱交換用フィンの厚さ、大きさ、フィン間隔のうち少なくとも1つを調整することにより、前記酸化剤ガス室内の酸化剤ガスに熱交換により与えられる前記燃焼排ガスの熱の量が制御されるようにしたことを特徴とする請求項10記載の燃料電池用ガス供給ヘッダ。
- 前記酸化剤ガス室に供給された酸化剤ガスのうち前記燃料電池本体の外周部へ分配供給される酸化剤ガスに、前記燃料電池本体の中心部へ分配供給される酸化剤ガスに比べてより多くの前記燃焼排ガスの熱が与えられるように、前記酸化剤ガス室と前記燃焼排ガス流路とを仕切る隔壁に設置される熱交換用のフィンの厚さ、大きさ、フィン間隔を調整したことを特徴とする請求項10記載の燃料電池用ガス供給ヘッダ。
- 複数の燃料電池セルが収納された燃料電池本体と、前記燃料電池本体に収納された複数の前記燃料電池セルに対して燃料ガスを分配供給する燃料ガス供給ヘッダと、前記燃料電池本体に収納された複数の前記燃料電池セルに対して酸化剤ガスを分配供給する酸化剤ガス供給ヘッダとを備え、前記燃料電池本体内で前記燃料ガスと前記酸化剤ガスが発電反応に寄与した後に未反応分が燃焼反応して燃焼排ガスとなり前記燃料電池本体から排出される燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池本体の低温部分へ前記燃料ガス供給ヘッダから高温の燃料ガス及び/或いは前記酸化剤ガス供給ヘッダから高温の酸化剤ガスが供給されるように、前記燃料電池本体で発生した前記燃焼排ガスの熱を前記燃料ガス供給ヘッダ及び/或いは前記酸化剤ガス供給ヘッダ内のガスにガス温度の分布を付けて熱交換により与える機構を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
- 請求項14において、前記燃料電池セルが固体酸化物形燃料電池セルであることを特徴とする燃料電池発電システム。
- 請求項15において、前記酸化剤ガス供給ヘッダに、前記燃焼排ガスの熱を熱交換により与える機構が配備されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
- 請求項16において、前記酸化剤ガス供給ヘッダに、前記燃料電池本体に収納された複数の前記燃料電池セルに酸化剤ガスを分配供給する複数のガス分配口が備えられた酸化剤ガス室と、前記酸化剤ガス室に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給管と、燃焼排ガス流路とが備えられ、前記燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの熱が前記酸化剤ガス室内の酸化剤ガスに熱交換により与えられたのちに、前記酸化剤ガス供給管を流れる酸化剤ガスに熱交換により与えられるようにしたことを特徴とする燃料電池発電システム。
- 請求項17において、前記酸化剤ガス室の周囲及び前記酸化剤ガス供給管の周囲を前記燃焼排ガスが流れるように前記燃焼排ガス流路を備え、前記酸化剤ガス室と前記燃焼排ガス流路とを仕切る隔壁の前記酸化剤ガス室側又は前記燃焼排ガス流路側又はその両方に熱交換用のフィンを設けたことを特徴とする燃料電池発電システム。
- 請求項18において、前記酸化剤ガス室内の酸化剤ガスのうち、前記燃料電池本体の外周部へ供給される酸化剤ガスに、前記燃焼排ガスの熱がより多く熱交換により与えられるように、前記外周部へ酸化剤ガスを供給する前記ガス分配口が備えられている部分の近傍の前記隔壁に前記熱交換用フィンを設けたことを特徴とする燃料電池発電システム。
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