JP2010517226A - 多段燃焼器及び燃料電池システムを始動するための方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料/酸化体混合物の流れを受け入れるための入口を持つ、燃料/酸化体混合物中の燃料を部分酸化して部分酸化ガスを発生するように形成された部分酸化(POX)バーナーと、燃料電池システムに連結された、第1量の部分酸化ガスを、第1出力ガスとして燃料電池システムの第1構成要素に提供するように形成された第1出力と、POXバーナーに連結された、第2量の部分酸化ガスをPOXバーナーから受け取って残留燃料の少なくとも幾分かを酸化し、第1出力ガスと異なる第2出力ガスを発生する第2バーナーと、燃料電池システムの第2構成要素に連結された、第2出力ガスを燃料電池システムの第2構成要素に提供するように形成された第2出力とを含む。
【選択図】 図2
Description
12 多段燃焼器
14 アノード
16 カソード
18 電解質
20 改質器
22 気化器/混合器
24 復熱装置
26 カソード酸化体
28 通常の作動燃料
30 通常の改質器酸化体
32 合成ガス
34 混合燃料蒸気/酸化体
36 ポンプ
38 バルブ
Claims (27)
- 第1構成要素及び第2構成要素を含む燃料電池システムを始動するように形成された多段燃焼器において、
燃料/酸化体混合物の流れを受け入れるための入口を持つ、前記燃料/酸化体混合物中の燃料を部分酸化して部分酸化ガスを発生するように形成された部分酸化(POX)バーナーと、
前記燃料電池システムに連結された、第1量の前記部分酸化ガスを、第1出力ガスとして、前記多段燃焼器から前記第1構成要素に提供するように形成された第1出力と、
前記POXバーナーに連結された、第2量の前記部分酸化ガスを前記POXバーナーから受け取って前記第2量の前記部分酸化ガス中の残留燃料の少なくとも幾分かを酸化し、前記多段燃焼器から前記第1出力ガスと異なる第2出力ガスを発生する第2バーナーと、
前記燃料電池システムの前記第2構成要素に連結された、前記第2出力ガスを前記燃料電池システムの前記第2構成要素に提供するように形成された第2出力とを含む、多段燃焼器。 - 請求項1に記載の多段燃焼器において、
前記POXバーナーは予備混合バーナーであり、前記POXバーナーでの前記燃料の前記部分酸化中に放出された熱を使用して前記燃料/酸化体混合物を予熱するように形成された予熱ヒーターを更に含む、多段燃焼器。 - 請求項1に記載の多段燃焼器において、
前記POXバーナーは、前記燃料/酸化体混合物の火炎燃焼を行うように形成されており、前記第2バーナーは、触媒燃焼プロセスを使用して前記残留燃料の前記少なくとも幾分かを酸化するように形成された触媒バーナーである、多段燃焼器。 - 請求項1に記載の多段燃焼器において、更に、
前記第2バーナーに連結された第2入口を含み、この第2入口は、前記第2バーナーへ二次酸化体の流れを供給するように形成されている、多段燃焼器。 - 請求項4に記載の多段燃焼器において、
前記第2バーナーは、前記第2量の前記部分酸化ガスを、前記二次酸化体の流れを使用して完全に酸化し、前記第2出力ガスを発生するように形成されている、多段燃焼器。 - 請求項5に記載の多段燃焼器において、
前記燃料電池システムの前記第2構成要素は、前記燃料電池システムで使用するため、前記第2出力ガスから熱を取り出すように形成された復熱装置である、多段燃焼器。 - 請求項1に記載の多段燃焼器において、
前記第1構成要素はアノードであり、
前記燃料電池システムは、更に、気化器/混合器及び改質器のうちの少なくとも一方を含み、
前記第1出力は、前記気化器/混合器及び前記改質器のうちの少なくとも一方を介して前記第1出力ガスを前記アノードに提供する、多段燃焼器。 - 請求項1に記載の多段燃焼器において、
前記燃料は、液体及びガスのうちの少なくとも一方である、多段燃焼器。 - 燃料電池システムにおいて、
アノードと、
通常のカソード酸化体源に流動学的に連結された、前記通常のカソード酸化体から受け取った酸素イオンに対して透過性のカソードと、
前記アノード及び前記カソードと連通した、前記酸素イオンを前記カソードから前記アノードに供給するように形成された電解質と、
前記アノードに流動学的に連結されており、前記アノードで使用するため、通常の作動燃料及び通常の改質器酸化体を受け取って、前記通常の作動燃料及び前記通常の改質器酸化体から合成ガスを発生するように形成された改質器と、
前記燃料電池システムで使用するため、廃熱を再捕捉するように形成された復熱装置と、
前記燃料電池システムを始動するように形成された多段燃焼器とを含み、前記多段燃焼器は、
始動燃料/酸化体混合物の流れを受け入れるための第1入口を持つ、前記始動燃料/酸化体混合物中の始動燃料を部分酸化して部分酸化ガスを発生するように形成された部分酸化(POX)バーナーと、
前記燃料電池システムに連結された、第1量の前記部分酸化ガスを、前記改質器での反応を開始するように形成された第1出力ガスとして、前記多段燃焼器から前記改質器に提供するように形成された第1出力と、
前記POXバーナーに連結された、第2量の前記部分酸化ガスを前記POXバーナーから受け取って前記第2量の前記部分酸化ガス中の残留始動燃料の少なくとも幾分かを酸化し、前記多段燃焼器から前記第1出力ガスと異なる第2出力ガスを発生する第2バーナーと、
前記復熱装置に連結された、前記第2出力ガスを前記復熱装置に提供するように形成された第2出力とを含む、燃料電池システム。 - 請求項9に記載の燃料電池システムにおいて、
前記通常の作動燃料及び前記始動燃料は同じ燃料である、燃料電池システム。 - 請求項9に記載の燃料電池システムにおいて、
前記始動燃料/酸化体は、前記始動燃料及び始動酸化体を含み、前記始動酸化体及び前記カソード酸化体は空気中の酸素を使用する、燃料電池システム。 - 請求項11に記載の燃料電池システムにおいて、
前記通常の改質器酸化体は空気中の酸素を含む、燃料電池システム。 - 燃料電池システムを始動するための燃焼器において、
ハウジングと、このハウジング内に形成された反応ゾーンと、点火装置と、前記反応ゾーン内への燃料/酸化体混合物の流れを受け入れるように形成された入口とを含み、前記反応ゾーンの前記燃料/酸化体混合物中の燃料に点火して部分酸化し、部分酸化ガスを発生するように形成された予備混合部分酸化(POX)バーナーと、
第1量の前記部分酸化ガスを、前記燃焼器の第1出力ガスとして、前記予備混合POXバーナーから前記燃料電池システムに排出するように形成された第1出力と、
第2量の前記部分酸化ガスを前記予備混合POXバーナーから排出するように形成された第2出力とを含む、燃焼器。 - 請求項13に記載の燃焼器において、更に、
前記第2出力に連結された、前記第2量の前記部分酸化ガスを前記予備混合POXバーナーから受け取って前記第2量の前記部分酸化ガス中の残留燃料の少なくとも幾分かを酸化し、前記第1出力ガスと異なる前記燃焼器の第2出力ガスを発生するように形成されている、第2バーナーと、
前記第2出力ガスを前記燃料電池システムに排出するように形成された第3出力とを含む、燃焼器。 - 請求項13に記載の燃焼器において、更に、
前記燃料の部分酸化中に前記反応ゾーンで発生した熱を使用して前記燃料/酸化体混合物を予熱する予熱ヒーターを含む、燃焼器。 - 請求項15に記載の燃焼器において、
前記予熱ヒーターは、前記ハウジングに沿って所定の長さが配置された導管であり、前記長さは、前記入口の周囲での炭素付着物の形成を制限するように形成されている、燃焼器。 - 請求項15に記載の燃焼器において、更に、
前記ハウジング内に配置された、前記反応ゾーンを形成するライナを更に含む、燃焼器。 - 請求項17に記載の燃焼器において、更に、
前記ライナと前記ハウジングとの間に配置された断熱体を含む、燃焼器。 - 燃料電池システムの始動方法において、
始動燃料/酸化体混合物中の始動燃料を第1燃焼プロセスで部分酸化し、部分酸化ガスを発生する工程と、
第1量の前記部分酸化ガスを第1始動ガス生成物として取り出す工程と、
前記第1始動ガス生成物を使用して少なくとも一つの燃料電池システム始動タスクを実行する工程と、
第2量の前記部分酸化ガス中の残留始動燃料の少なくとも幾分かを酸化し、第2始動ガス生成物を発生する工程と、
前記第2始動ガス生成物を使用して前記燃料電池システムの少なくとも一部を加熱する工程とを含む、方法。 - 請求項19に記載の方法において、
前記燃料/酸化体混合物は化学量論以下である、方法。 - 請求項19に記載の方法において、
前記少なくとも一つの燃料電池システム始動タスクは、
前記燃料電池システムの前記始動中に安全ガスを前記燃料電池システムに供給する工程、
前記燃料電池システムのアノードを前記燃料電池システムの前記始動中の酸化から保護するためのブランケットガスとして還元ガスを供給する工程、
前記燃料電池システムの構成要素を加熱する工程、
前記燃料電池システムの通常の作動に移行するため、前記燃料電池システムの前記構成要素の触媒反応を開始するガスを提供する工程、及び
熱を提供し、前記燃料電池システムが使用する通常の燃料を気化する工程のうちの少なくとも一つである、方法。 - 請求項21に記載の方法において、
前記少なくとも一つの燃料電池システム始動タスクは、前記燃料電池システムの前記始動中に前記安全ガスを前記燃料電池システムに供給する工程であり、
前記第1始動ガス生成物は安全ガスとして形成される、方法。 - 請求項21に記載の方法において、
前記少なくとも一つの燃料電池システム始動タスクは、前記燃料電池システムの前記始動中に前記アノードを前記酸化から保護するため、前記還元ガスを前記ブランケットガスとして供給する工程であり、
前記第1始動ガス生成物は、第1還元強度の還元ガスとして形成される、方法。 - 請求項21に記載の方法において、
前記少なくとも一つの燃料電池システム始動タスクは、前記燃料電池システムの前記構成要素を加熱する工程であり、
前記第1始動ガス生成物を使用して前記第1構成要素を加熱する、方法。 - 請求項21に記載の方法において、
前記少なくとも一つの燃料電池システム始動タスクは、前記燃料電池システムを前記通常の作動に移行するため、前記燃料電池システムの前記構成要素の前記触媒反応を開始するガスを提供する工程であり、
前記第1始動ガス生成物は、第2還元強度の還元ガスとして形成される、方法。 - 請求項21に記載の方法において、
前記少なくとも一つの燃料電池システム始動タスクは、前記熱を提供し、前記燃料電池システムが使用する前記通常の燃料を気化する工程であり、
前記第1始動ガス生成物を前記燃料電池システムに供給し、前記熱を提供する、方法。 - 燃料電池システムの始動方法において、
始動燃料/酸化体混合物中の始動燃料を第1燃焼プロセスで部分酸化し、部分酸化ガスを発生する工程と、
第1量の前記部分酸化ガスを第1始動ガス生成物として取り出す工程と、
前記第1始動ガス生成物を使用して少なくとも二つの燃料電池システム始動タスクを実行する工程と、
第2量の前記部分酸化ガス中の残留始動燃料の少なくとも幾分かを酸化し、第2始動ガス生成物を発生する工程と、
前記第2始動ガス生成物を使用して前記燃料電池システムの少なくとも一部を加熱する工程とを含み、
前記燃料電池システム始動タスクは、
前記燃料電池システムの前記始動中に安全ガスを前記燃料電池システムに供給する工程と、
前記燃料電池システムの前記始動中に前記燃料電池システムのアノードを酸化から保護するため、還元ガスをブランケットガスとして供給する工程と、
前記燃料電池システムの構成要素を加熱する工程と、
前記燃料電池システムを通常の作動に移行するため、前記燃料電池システムの前記構成要素の触媒反応を開始するガスを提供する工程と、
熱を提供し、前記燃料電池システムが使用する通常の燃料を気化する工程とを含む、方法。
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