JP2009104935A

JP2009104935A - 固体酸化物燃料電池構造

Info

Publication number: JP2009104935A
Application number: JP2007276494A
Authority: JP
Inventors: Hung-Yu Wang; 王宏瑜; Chien-Hsiung Lee; 李堅雄; Yu-Ching Tsai; 蔡禹▲けい▼; Wen-Tang Hong; 洪文堂; Wei-Ping Huang; 黄維屏
Original assignee: GYOSEIIN GENSHINO IINKAI KAKUN; Institute of Nuclear Energy Research
Current assignee: GYOSEIIN GENSHINO IINKAI KAKUN; Institute of Nuclear Energy Research
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2009-05-14

Abstract

【課題】固体酸化物燃料電池に供給される外部からのエネルギーが低減されて、作業効率を増加する効果が得られる固体酸化物燃料電池構造を提供する。
【解決手段】陽極入力と出力部及び陰極入力と出力部を有するセルと、陽極入力部に接続される第１の電熱ユニットと、陰極入力部に接続される第２の電熱ユニットと、第１の電熱ユニットに接続される組換えユニットと、第２の電熱ユニットに接続される熱交換ユニットと、組換えユニットと陽極及び陰極出力部に接続されるオフガス続燃焼ユニットと、加湿器を介して組換えユニットに接続される第１の気体供給ユニットと、組換えユニットに接続される第２の気体供給ユニットと、オフガス続燃焼ユニットに接続される第３の気体供給ユニットと、熱交換ユニットに接続される第４の気体供給ユニットとが備えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体酸化物燃料電池構造に関し、特に、該固体酸化物燃料電池に供給される外部からのエネルギーが低減されて、作業効率を増加する効果が得られるものに関する。

一般の固体酸化物燃料電池は、図４のように、セル２０とセル２０の陽極入口に接続される第１の加熱器２１、第１の加熱器２１に接続される組換え器２２、セル２０の陰極出口と組換え器２２に接続される第１の熱交換器２３、セル２０の陽極出口と第１の熱交換器２３に接続されるオフガス続燃焼器２４、セル２０の陰極入口に接続される第２の加熱器２５、オフガス続燃焼器２４と第２の加熱器２５に接続される第２の熱交換器２６、それぞれ、第１の熱交換器２３に接続される燃料供給ユニット２７と液体供給ユニット２８及び第２の熱交換器２６に接続される気体供給ユニット２９からなり、該燃料供給ユニット２７は、少なくとも、燃料供給器２７１と流量制御器２７２とがあり、該液体供給ユニット２８は、少なくとも、液体供給器２８１やポンプ２８２及び第３の加熱器２８３が備えられ、該気体供給ユニット２９は、少なくとも、気体供給器２９１と流量制御器２９２がある。

燃料供給ユニット２７と液体供給ユニット２８にある燃料と水は、第１の熱交換器２３と組換え器２２及び第１の加熱器２１に合わせて陽極入口からセル２０へ伝送され、また、気体供給ユニット２９からの空気は、第２の加熱器２５と第２の熱交換器２６に合わせて陰極入口からセル２０へ伝送され、そして、セル２０で反応してから、陽極出力口から、完全に燃焼されていない燃料をオフガス続燃焼ユニット２４へ送って持続的に燃焼させ、また、陰極出力口から出力された気体は、第１の熱交換器２３を介して、オフガス続燃焼ユニット２４に送られて持続的に燃焼させ、これにより、該セル２０は化学反応により必要とする電気エネルギーが生成される。

しかしながら、上記の従来の固体酸化物燃料電池は、セル２０に化学反応させて必要とする電気エネルギーを生成できるが、該第１の加熱器２１と第２の加熱器２５及び第３の加熱器２８３は、電熱線による加熱であるため、化学反応するに、セル２０に対して比較的に外部エネルギーを供給することが必要であり、これにより、セル２０が化学反応を行う時、効率が悪く実用的とは言えない。

本発明の主な目的は、外部から供給されるエネルギーを低減し、作業効率が向上される効果が得られる固体酸化物燃料電池を提供する。

本発明は、上記の目的を達成するため、陽極入力と出力部及び陰極入力と出力部を有するセルと、陽極入力部に接続される第１の電熱ユニットと、陰極入力部に接続される第２の電熱ユニットと、第１の電熱ユニットに接続される組換えユニットと、第２の電熱ユニットに接続される熱交換ユニットと、組換えユニットと陽極及び陰極出力部に接続されるオフガス続燃焼ユニットと、加湿器を介して、組換えユニットに接続される第１の気体供給ユニットと、組換えユニットに接続される第２の気体供給ユニットと、オフガス続燃焼ユニットに接続される第３の気体供給ユニットと、熱交換ユニットに接続される第４の気体供給ユニットとが備えられる固体酸化物燃料電池構造である。

図１と図２は、それぞれ、本発明の基本構造概念図と本発明のブロック概念図である。図のように、本発明は固体酸化物燃料電池構造であり、少なくとも、セル１０と第１の電熱ユニット１１、第２の電熱ユニット１２、組換えユニット１３、熱交換ユニット１４、オフガス続燃焼ユニット１５、第１の気体供給ユニット１６、第２の気体供給ユニット１７、第３の気体供給ユニット１８及び第４の気体供給ユニット１９から構成され、該固体酸化物燃料電池は外部から供給されるエネルギーを低減でき、作業効率を向上する効果が得られる。

上記のセル１０は、陽極入力部１０１と陽極出力部１０２、陰極入力部１０３及び陰極出力部１０４が備えられ、化学反応を行うことにより、必要とする電気エネルギーが生成される。

該第１の電熱ユニット１１は、上記の陽極入力部１０１に接続され、陽極入力部１０１からセル１０に入る気体に対して予熱する。

該第２の電熱ユニット１２は、上記の陰極入力部１０３に接続され、陰極入力部１０３からセル１０に入る気体に対して予熱する。

該組換えユニット１３は、上記の第１の電熱ユニット１１に接続され、天然ガスやアルコール、ガソリン、ディーゼル油を水素リッチ気体に組換えることができる。

該熱交換ユニット１４は、上記の第２の電熱ユニット１２に接続され、組換えユニット１３の出口気体の排気熱を回収でき、そして、新鮮な空気や水蒸気を加熱でき、全体として効率が向上される。

該オフガス続燃焼ユニット１５は、上記の組換えユニット１３や陽極出力部１０２及び陰極出力部１０４に接続され、また、該オフガス続燃焼ユニット１５と陽極出力部１０２との間に制御弁１５１があり、セル１０の陽極出力部１０２と陰極出力部１０４の残り燃料を燃焼して、オフガスの温度を上昇させ、システムの回収可能の熱エネルギーを向上して、システムの効率が向上される。

該第１の気体供給ユニット１６は、上記の組換えユニット１３に接続されてＨ_２やＮ_２が供給され、また、該第１の気体供給ユニット１６と組換えユニット１３との間に管路の水蒸気量を増加できる加湿器１６１があり、また、該第１の気体供給ユニット１６と加湿器１６１との間に制御弁１６２があり、そして、該加湿器１６１と組換えユニット１３との間に補助気体供給ユニット１６３が設けられ、該補助気体供給ユニット１６３は空気を供給でき、また、該補助気体供給ユニット１６３と組換えユニット１３との間に制御弁１６４がある。

該第２の気体供給ユニット１７は、上記の組換えユニット１３に接続され、天然ガスやアルコール、ガソリン、ディーゼル油或いは水を供給でき、また、該第２の気体供給ユニット１７と組換えユニット１３との間に制御弁１７１がある。

該第３の気体供給ユニット１８は、上記のオフガス続燃焼ユニット１５に接続され、天然ガスやアルコール、ガソリン、ディーゼル油或いは空気を供給でき、また、該第３の気体供給ユニット１８とオフガス続燃焼ユニット１５との間に、制御弁１８１がある。

該第４の気体供給ユニット１９は、上記の熱交換ユニット１４に接続される。上記の構造により、新規の固体酸化物燃料電池構造が構成される。

図３は、本発明の良い態様のブロック流れの概念図である。図のように、本発明は、第３の気体供給ユニット１８からの天然ガスやアルコール、ガソリン、ディーゼル油或いは空気を相当な割合で混合し、また、論理を制御する方式により制御弁１８１を制御して、天然ガスやアルコール、ガソリン、ディーゼル油或いは空気を必要とする流量に調整した後、オフガス続燃焼ユニット１５が燃焼することにより温度を上昇させ、固体酸化物燃料電池において、組換えユニット１３が必要とする温度が最も高いため、オフガス続燃焼ユニット１５出口端を、まず、組換えユニット１３に接続する。

該セル１０の陽極入力部１０１に供給される気体が水素ガスである時、第１の気体供給ユニット１６により、制御弁１６２や加湿器１６１に合わせて、生成した水素ガスを、直接に、陽極入力部１０１を経てセル１０に送り、組換えユニット１３による反応が必要しなくて、セル１０の陽極入力部１０１に入る前、第１の電熱ユニット１１で、セル１０の反応に必要とするエネルギーに加熱するだけで必要とする反応が行われ、該セル１０の陽極入力部１０１に供給される気体が天然ガスやアルコール、ガソリン或いはディーゼル油である時、第２の気体供給ユニット１７により、制御弁１７１に合わせて、天然ガスやアルコール、ガソリン或いはディーゼル油を組換えユニット１３へ案内して、天然ガスやアルコール、ガソリン或いはディーゼル油を組換えユニット１３の触媒と反応させて水素リッチ気体を生成した後、陽極入力部１０１からセル１０へ送られ、必要とする反応を行い、また、セル１０の陽極入力部１０１に第１の気体供給ユニット１６や第２の気体供給ユニット１７の気体が供給される時、補助気体供給ユニット１６３により、制御弁１６４に合わせて空気を供給して反応に助ける。

セル１０の陰極入力部１０３に必要される気体成分は、主として、酸素ガスであるため、空気を第４の気体供給ユニット１９から熱交換ユニット１４へ案内し、また、組換えユニット１３が作動する時の温度が非常に高いため、第４の気体供給ユニット１９により気体を供給する時、熱交換ユニット１４により有効的に空気を加熱でき、その後、第２の電熱ユニット１２でセル１０に必要とするエネルギーまで加熱し、そして、陰極入力部１０３からセル１０に送って必要とする反応を行う。

また、セル１０が反応した後の陽極出力部１０２と陰極出力部１０４（即ち、セル１０の出口端）において、陽極出力部１０２で、完全に燃焼されていない燃料をオフガス続燃焼ユニット１５へ送られて持続的に燃焼でき、また、陰極出力部１０４が出力した気体の温度により、オフガス続燃焼ユニット１５に必要とするエネルギーを供給でき、これにより、オフガス続燃焼ユニット１５の温度がより高くなり、また、該組換えユニット１３とオフガス続燃焼ユニット１５とは、更に一つの機構に統合されることができ、その中、組換えユニット１３に必要とする熱エネルギーはオフガス続燃焼ユニット１５が燃焼することにより供給され、その後、余剰の熱エネルギーを利用して、熱交換ユニット１４で空気を加熱し、また、セル１０に入る前、必要に応じて、第１の電熱ユニット１１と第２の電熱ユニット１２で加熱する。セル１０に入った気体がオフガス続燃焼ユニット１５に回収されて再利用される。

以上のように、本発明に係わる固体酸化物燃料電池構造は、有効に従来の諸欠点を改善でき、該固体酸化物燃料電池は、外部から供給されるエネルギーを低減でき、作業効率を向上できる効果が得られるため、本発明はより進歩的かつより実用的で、法に従って特許請求を出願する。

以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明は、それによって制限されることが無く、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

本発明の基本構造概念図本発明のブロック概念図本発明のより良い態様のブロック流れ概念図従来の作動態様概念図

符号の説明

（本発明部分）
１０セル
１０１陽極入力部
１０２陽極出力部
１０３陰極入力部
１０４陰極出力部
１１第１の電熱ユニット
１２第２の電熱ユニット
１３組換えユニット
１４熱交換ユニット
１５オフガス続燃焼ユニット
１５１制御弁
１６第１の気体供給ユニット
１６１加湿器
１６２制御弁
１６３補助気体供給ユニット
１６４制御弁
１７第２の気体供給ユニット
１７１制御弁
１８第３の気体供給ユニット
１８１制御弁
１９第４の気体供給ユニット
（従来部分）
２０セル
２１第１の加熱器
２２組換え器
２３第１の熱交換器
２４オフガス続燃焼器
２５第２の加熱器
２６第２の熱交換器
２７燃料供給ユニット
２７１燃料供給器
２７２流量制御器
２８液体供給ユニット
２８１液体供給器
２８２ポンプ
２８３第３の加熱器
２９気体供給ユニット
２９１気体供給器
２９２流量制御器

Claims

陽極入力部と陽極出力部、陰極入力部及び陰極出力部があるセルと、上記の陽極入力部に接続される第１の電熱ユニットと、上記の陰極入力部に接続される第２の電熱ユニットと、上記の第１の電熱ユニットに接続される組換えユニットと、上記の第２の電熱ユニットに接続される熱交換ユニットと、上記の組換えユニットや陽極出力部及び陰極出力部に接続されるオフガス続燃焼ユニットと、上記の組換えユニットに接続され、また、該第１の気体供給ユニットと組換えユニットとの間に位置する加湿器がある第１の気体供給ユニットと、上記の組換えユニットに接続される第２の気体供給ユニットと、上記のオフガス続燃焼ユニットに接続される第３の気体供給ユニットと、上記の熱交換ユニットに接続される第４の気体供給ユニットとが備えられることを特徴とする、固体酸化物燃料電池構造。
該オフガス続燃焼ユニットと陽極出力部との間に、制御弁があることを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池構造。
該加湿器と組換えユニットとの間に、補助気体供給ユニットが設けられることを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池構造。
該補助気体供給ユニットは、空気を供給することを特徴とする、請求項３に記載の固体酸化物燃料電池構造。
該補助気体供給ユニットと組換えユニットとの間に、制御弁があることを特徴とする、請求項３に記載の固体酸化物燃料電池構造。
該第１の気体供給ユニットは、Ｈ_２とＮ_２を供給することを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池構造。
該第１の気体供給ユニットと加湿器との間に、制御弁があることを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池構造。
該第２の気体供給ユニットは、天然ガスやアルコール、ガソリン、ディーゼル油或いは水を供給することを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池構造。
該第２の気体供給ユニットと組換えユニットとの間に、制御弁があることを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池構造。
該第３の気体供給ユニットは、天然ガスやアルコール、ガソリン、ディーゼル油或いは空気を供給することを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池構造。
該第３の気体供給ユニットとオフガス続燃焼ユニットとの間に、制御弁があることを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池構造。
該組換えユニットとオフガス続燃焼ユニットとは、一つの機構に統合されることを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池構造。