JP2015109240A - 燃料電池およびその運転方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、図1を参照して本実施形態に係る円筒形セルスタックについて説明する。ここで、図1は、第1実施形態に係るセルスタックの一態様を示すものである。セルスタック101は、円筒形状の基体管103と、基体管103の外周面に複数形成された燃料電池セル105と、隣り合う燃料電池セル105の間に形成されたインターコネクタ107とを有する。燃料電池セル105は、燃料極109と固体電解質111と空気極113とが積層して形成されている。また、セルスタック101は、基体管103の外周面に形成された複数の燃料電池セル105の内、基体管103の軸方向において最も端に形成された燃料電池セル105の空気極113に、インターコネクタ107を介して電気的に接続されたリード膜115を有する。
流入防止壁204は、SOFCカートリッジ203に導入された酸化性ガスが断熱部材202を介して圧力容器205に流入するのを防止できるものである。流入防止壁204は、圧力容器205にある酸化性ガスが断熱部材202を介してSOFCカートリッジ内に流入するのを防止できる。流入防止壁204は、酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化性に対する耐食性を保有する。流入防止壁204は、ガスの透過性を略防止できる材料からなる。流入防止壁204の材料は、限定されるものではないが、ステンレス材、炭素鋼、アルミ合金材、緻密性のあるセラミックス板およびタイル等などとされる。流入防止壁204が耐食性の低い材料からなる場合には、表面を防食塗料などで被覆してもよい。流入防止壁204の厚さは、施工性を考慮して数十ミクロンから10mm程度とすると良い。流入防止壁204は、断熱部材202と接するよう設けられることが好ましい。流入防止壁202は、断熱部材の表面に塗布されたコーキング材であってもよい。
まず、SOFCカートリッジ203を囲む断熱部材202の外周側(圧力容器側)に、流入防止壁204を設ける。流入防止壁204は、SOFCカートリッジ203に供給された酸化性ガスが、断熱部材202を介して圧力容器内に流入するのを防止できる。それにより、SOFCカートリッジ203に供給された酸化性ガスが、圧力容器内の圧力調整に費やされずにすむ。結果として、加圧および減圧時に、SOFCカートリッジ203に供給される酸化性ガスの流量と、SOFCカートリッジ203を通過して排出される酸化性ガスの流量とを揃えることが可能となり、SOFCカートリッジ203の温度調整および負荷設定が容易となる。
本実施形態に係る燃料電池について、図9を参照して説明する。図9は、本実施形態に係る燃料電池(SOFCモジュール301)の一態様を示す概略構成図である。本実施形態において、第1実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
一方、導入経路310を流れる酸化性ガスは、回収された熱で昇温させることができる。それにより、発電に適した温度の酸化性ガスをSOFCカートリッジ303へと導入できる。
圧力容器昇温手段317および酸化性ガスの供給経路308は、バルブにより切り替えることができる。圧力容器内の温度を早く昇温させたい場合には、バルブ315を閉じてバルブ318を開放する。SOFCモジュールを発電させる際には、バルブ315を開放してバルブ318を閉じる。
本実施形態に係る燃料電池について、図11を参照して説明する。図11は、本実施形態に係る燃料電池(SOFCモジュール401)の一態様を示す概略構成図である。本実施形態において、第1実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
本実施形態に係る燃料電池について、図13を参照して説明する。図13は、本実施形態に係る燃料電池(SOFCモジュール501)の一態様を示す概略構成図である。本実施形態において、第1実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
2 燃焼器
4 ガスタービン
6 排熱回収ボイラ
7 供給管(燃料ガス用)
8 供給管(酸化性ガス用)
9 排出管(燃料ガス用)
10 コンプレッサ
11 排出管(酸化性ガス用)
101 セルスタック
103 基体管
105 燃料電池セル
107 インターコネクタ
109 燃料極
111 固体電解質
113 空気極
115 リード膜
201,301,301’,401,401’,501 SOFCモジュール(燃料電池)
202,302,402,502 断熱部材
3,203,303,403,503 SOFCカートリッジ
204,304,404,504 流入防止壁
5,205,305,405,505 圧力容器
206 固定具
207,307,407,507 燃料ガス供給経路
208,308,408 (酸化性ガス)供給経路
209,309,409,509 燃料ガス排出経路
210,310,410,510 導入経路
211,311,411,511 (酸化性ガス)排出経路
212,312,412,512 流出口
213,313,413 導入口
214 異物分離部
215 発電室
216 支柱
217 燃料ガス供給室
219 燃料ガス排出室
221 酸化性ガス供給室
223 酸化性ガス排出室
225a 上部管板
225b 下部管板
227a 上部断熱体
227b 下部断熱体
229a 上部ケーシング
229b 下部ケーシング
231a 燃料ガス供給孔
231b 燃料ガス排出孔
233a 酸化性ガス供給孔
233b 酸化性ガス排出孔
235a 酸化性ガス供給隙間
235b 酸化性ガス排出隙間
315,318 バルブ
316,319,516 熱交換器
317 圧力容器昇温手段
513 分岐路
Claims (14)
- 圧力容器と、
前記圧力容器の内部に収納され、燃料ガスおよび酸化性ガスの供給を受けて電解質を介した電気化学反応により発電する燃料電池セルを有するカートリッジと、
前記カートリッジの周囲を囲む断熱部材と、
前記断熱部材の前記圧力容器側の外周を囲み、前記酸化性ガスが前記断熱部材を介して前記圧力容器に流入するのを防止する流入防止壁と、
前記カートリッジに前記酸化性ガスを通気可能な酸化性ガス流路と、
を備え、
前記酸化性ガス流路が、圧力容器内に酸化性ガスを流出させる流出口を有している燃料電池。 - 前記酸化性ガス流路が、
酸化性ガス供給源から前記圧力容器内に酸化性ガスを供給する供給経路と、
前記圧力容器内に供給された酸化性ガスを、前記カートリッジに導入する導入経路と、
を備えている請求項1に記載の燃料電池。 - 前記導入経路に、異物分離部が設けられている請求項1または請求項2に記載の燃料電池。
- 前記供給経路と前記導入経路との間で熱交換を行う熱交換器が設けられている請求項2または請求項3に記載の燃料電池。
- 前記熱交換器が、前記圧力容器内に配置されている請求項4に記載の燃料電池。
- 前記圧力容器内を昇温する圧力容器昇温手段を備えている請求項4または請求項5に記載の燃料電池。
- 前記流出口が、前記圧力容器内に位置する前記供給経路に設けられ、
前記導入経路が、前記圧力容器内で開口する導入口を有している請求項2または請求項3に記載の燃料電池。 - 前記酸化性ガス流路が、
酸化性ガス供給源から前記カートリッジに酸化性ガスを導入する導入経路と、
前記カートリッジに通気された酸化性ガスを前記圧力容器の外へ排出する排出経路と、
を備え、
前記排出経路が、前記圧力容器内に位置する前記流出口を有し、
前記流出口よりも上流側の前記排出経路と前記導入経路との間で熱交換を行う熱交換器が設けられている請求項1に記載の燃料電池。 - 圧力容器と、
前記圧力容器の内部に収納され、燃料ガスおよび酸化性ガスの供給を受けて電解質を介した電気化学反応により発電する燃料電池セルを有するカートリッジと、
前記カートリッジの周囲を囲む断熱部材と、
を備えた燃料電池の運転方法であって、
前記断熱部材の周囲を囲み、前記酸化性ガスが前記断熱部材を介して前記圧力容器に流入するのを防止する流入防止壁を設ける工程と、
前記カートリッジに前記酸化性ガスを通気させる工程と、
前記カートリッジに導入される前、または前記カートリッジから排出された後の前記酸化性ガスを、圧力容器内に流出させる工程と、
を備えている燃料電池の運転方法。 - 前記カートリッジに導入される前の前記酸化性ガスを、前記圧力容器内に流出させる工程と、
前記圧力容器に流出させた酸化性ガスを前記カートリッジに導く工程と、
を含む請求項9に記載の燃料電池の運転方法。 - 前記圧力容器内に流出させた酸化性ガスを、異物を除去可能な異物分離部を経由させた後、前記カートリッジに導く工程を含む請求項10に記載の燃料電池の運転方法。
- 熱交換器を介して、前記酸化性ガスを前記圧力容器内へと流出させる工程と、
前記圧力容器内に流出させた前記酸化性ガスを、前記熱交換器を介して前記カートリッジに導く工程と、
を含む、請求項9乃至請求項11のいずれかに記載の燃料電池の運転方法。 - 前記熱交換器を介さずに、前記酸化性ガスを、前記圧力容器内へと流出させて前記圧力容器内の温度を上げる工程を含む請求項12に記載の燃料電池の運転方法。
- 前記酸化性ガスを、熱交換器を介して前記カートリッジに導入する工程と、
前記カートリッジを通過した後の前記酸化性ガスを、前記熱交換器を介して前記圧力容器に流出させる工程と、
を含む請求項9に記載の燃料電池の運転方法。
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