JP2016520976A - 固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ - Google Patents
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Abstract
Description
スタックアレイの設計は、SOFC発電システム設計の重要な技術の一つである。従来のSOFC発電システムの設計案、例えば、特許文献1及び2では、スタックアレイ1′の構造は、図1に示すように、複数列のスタックグループ2′が円周方向に沿って配列されて形成された環状アレイであり、各列のスタックグループ2′は、複数のシングルスタック4′が上下に積層されたものであり、図2に示すように、各シングルスタック4′は縦置き状態となり、すなわち、各シングルスタック4′の吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略平行している。
上記した技術案では、必要に応じて、シングルスタック同士の間には、シングルスタックを支持ユニット上に安定して配置するように、締付具が設けられていてもよい。締付具の構成及び位置は、特に限定されない。
前記ガス通路を締付具の内部に設けることによって、改質器とスタックとの間のガスの流れを実現して、外部に露出した外部接続パイプラインを削減することにより、スタックアレイがより簡単でコンパクトになる。
この好適な構造では、ホットゾーン構造体の改質器及びガス通路を締付具の内部に配置することにより、改質器とガス通路をスタックアレイに内蔵することで、空間を有効かつ適切に利用でき、ホットゾーンにおいての数多くの外部接続パイプラインの配置を回避でき、ホットゾーンにおいて各機能部品への接続構造がよりコンパクトになり、従来の技術のような、改質器が環状のスタックアレイの中央に設置されたため改質器と各スタックの吸排気孔との間を結ぶガス通路が中心から放射状に接続され、ガス通路の接続が複雑で且つ外部に露出して、システムの統合に不利となっていた課題を効果的に解決することができる。また、この好適な構造では、改質器を各層の支持ユニットに柔軟に配置可能であり、改質器を各締付具の内部に設けてもよく、これによりシングルの改質器から発生した排出ガスをガス通路を通して各シングルスタックに供給して発電することができる。
また、環状配列された締付具の内部に間隔で改質器を設けてもよく、これによりシングルの改質器から発生した排出ガスをガス通路を通して隣接する二つのシングルスタックに供給して発電することができ、改質器の数を減少し、コストの低減と作業効率の向上に有利である。
本実施例では、SOFC発電システムにおけるスタックアレイは、図4と図5に示すように、支持体5とスタックグループ2とを備えている。支持体5は層状構造であり、6層の支持ユニット6を有する。支持ユニット6の材質はステンレスである。
図5に示すように、各層の支持ユニット6には、8つのシングルスタック4が円周方向に沿って配列され、環状配列されたスタックグループ2を形成しており、6層の支持ユニット6上に配置されたスタックグループ2である48個のシングルスタック4は、スタックアレイを構成している。
図3に示すように、各シングルスタック4は横置き状態となり、すなわち、各シングルスタックの吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略直交している。
図5に示すように、隣接する二つのシングルスタック4同士の間には、締付具7が設けられている。締付具7は、ステンレス製のくさび形部品とセラミック製のくさび形部品のうちの1種類又は2種類からなり、セラミック製のくさび形部品は絶縁のために用いられている。
図5に示すように、当該スタックアレイにガスを供給する改質器3は各締付具7の内部に設けられ、改質器3とシングルスタック4との間を結ぶガス通路8も締付具7の内部に設けられており、これにより各改質器3から発生した排出ガスをガス通路8を通してシングルスタック4に供給して発電する。
上記したスタックアレイを動作させた後、安定した運行になると、出力電力は40kWに達する。
別の実施形態として、図6に示すように、この場合、各層の支持ユニット6に環状配列された締付具7の数は8つであり、1つの改質器3から発生した排出ガスをガス通路8を通して隣接する二つのシングルスタック4に供給して発電するように、いずれかの締付具7を始点の1として、改質器3が2番目、4番目、6番目、8番目の締付具の内部にのみ設けられ、ガス通路8も2番目、4番目、6番目、8番目の締付具の内部にのみ設けられていてもよい。これにより、改質器の数を削減することができ、コストの低減と作業効率の向上に有利である。
本実施例では、SOFC発電システムにおけるスタックアレイは、図4と図5に似たように、支持体5とスタックグループ2とを備えている。支持体5は層状構造であり、5層の支持ユニット6を有する。支持ユニット6の材質はステンレスである。
図5に似たように、各層の支持ユニット6には、7つのシングルスタック4が円周方向に沿って配列され、環状配列されたスタックグループ2を形成している。6層の支持ユニット6上に配置されたスタックグループ2である35個のシングルスタック4は、スタックアレイを構成している。
図3に示すように、各シングルスタック4は横置き状態となり、すなわち、各シングルスタックの吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略直交している。
図5に似たように、隣接する二つのシングルスタック4同士の間には、締付具7が設けられている。締付具7は、ステンレス製のくさび形部品とセラミック製のくさび形部品のうちの1種類又は2種類からなり、セラミック製のくさび形部品は絶縁のために用いられている。
図5に似たように、改質器3は各締付具7の内部に設けられ、改質器3とシングルスタック4との間を結ぶガス通路8も締付具7の内部に設けられており、これにより各改質器3から発生した排出ガスをガス通路8を通してシングルスタック4に供給して発電する。
上記したスタックアレイを動作させた後、安定した運行になると、出力電力は30kWに達する。
別の実施形態として、図7に示すように、この場合、各層の支持ユニット6に環状配列された締付具7の数は7つであり、1つの改質器3から発生した排出ガスをガス通路8を通して隣接する二つのシングルスタック4に供給して発電するように、いずれかの締付具7を始点の1として、改質器3が1番目、2番目、4番目、6番目の締付具の内部にのみ設けられ、或いは2番目、4番目、6番目、7番目の締付具の内部にのみ設けられ、ガス通路8も1番目、2番目、4番目、6番目の締付具の内部にのみ設けられ、或いは2番目、4番目、6番目、7番目の締付具の内部にのみ設けられていてもよい。これにより、改質器の数を削減することができ、コストの低減と作業効率の向上に有利である。
(実施例3)
本実施例では、SOFC発電システムにおけるスタックアレイは、図8に示すように、支持体5とスタックグループ2とを備えている。支持体5は層状構造であり、4層の支持ユニット6を有する。支持ユニット6の材質はステンレスである。
図9に示すように、各層の支持ユニット6には、8つのシングルスタック4が直線に配列され、直線配列されたスタックグループ2を形成している。4層の支持ユニット6上に配置されたスタックグループ2である32個のシングルスタック4は、スタックアレイを構成している。
図3に示すように、各シングルスタック4は横置き状態となり、すなわち、各シングルスタックの吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略直交している。
図9に示すように、スタックグループ同士の間には、締付具7が設けられている。締付具7は、ステンレス製のくさび形部品とセラミック製のくさび形部品のうちの1種類又は2種類からなり、セラミック製のくさび形部品は絶縁に用いられている。
図9に示すように、改質器3は各締付具7の内部に設けられ、改質器3とシングルスタック4との間を結ぶガス通路8も締付具7の内部に設けられており、これにより各改質器3から発生した排出ガスをガス通路8を通してシングルスタック4に供給して発電する。
上記したスタックアレイを動作させた後、安定した運行になると、出力電力は26kWに達する。
(実施例4)
本実施例では、SOFC発電システムにおけるスタックアレイ1は、基本的に実施例3と同様である。異なる点は、図10に示すように、改質器3が各締付具7の内部に設けられず、スタックグループの横に設けられ、改質器3とシングルスタック4との間を結ぶガス通路8も締付具7の内部に設けられず、スタックグループの横に設けられていることである。
スタックアレイの設計は、SOFC発電システム設計の重要な技術の一つである。従来のSOFC発電システムの設計案、例えば、特許文献1及び2では、スタックアレイ1′の構造は、図1に示すように、複数列のスタックグループ2′が円周方向に沿って配列されて形成された環状アレイであり、各列のスタックグループ2′は、複数のシングルスタック4′が上下に積層されたものである。図2に示すように、各シングルスタック4′は縦置き状態となり、すなわち、各シングルスタック4′の吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略平行している。
前記ガス通路を締付具の内部に設けることによって、改質器とスタックとの間のガスの流れを実現して、外部に露出した外部接続パイプラインを削減することにより、スタックアレイがより簡単でコンパクトになる。
(3)この好適な構造では、ホットゾーン構造体の改質器及びガス通路を締付具の内部に配置することにより、改質器とガス通路をスタックアレイに内蔵することで、空間を有効かつ適切に利用でき、ホットゾーンにおいての数多くの外部接続パイプラインの配置を回避でき、ホットゾーンにおいて各機能部品への接続構造がよりコンパクトになり、従来の技術のような、改質器が環状のスタックアレイの中央に設置されたため改質器と各スタックの吸排気孔との間を結ぶガス通路が中心から放射状に接続され、ガス通路の接続が複雑で且つ外部に露出して、システムの統合に不利となっていた課題を効果的に解決することができる。また、この好適な構造では、改質器を各層の支持ユニットに柔軟に配置可能であり、改質器を各締付具の内部に設けてもよく、これによりシングルの改質器から発生した排出ガスをガス通路を通して各シングルスタックに供給して発電することができる。
また、環状配列された締付具の内部に間隔で改質器を設けてもよく、これによりシングルの改質器から発生した排出ガスをガス通路を通して隣接する二つのシングルスタックに供給して発電することができ、改質器の数を減少し、コストの低減と作業効率の向上に有利である。
本実施例では、SOFC発電システムにおけるスタックアレイは、図4と図5に示すように、支持体5とスタックグループ2とを備えている。支持体5は層状構造であり、6層の支持ユニット6を有する。支持ユニット6の材質はステンレスである。
図5に示すように、各層の支持ユニット6には、8つのシングルスタック4が円周方向に沿って配列され、環状配列されたスタックグループ2を形成しており、6層の支持ユニット6上に配置されたスタックグループ2である48個のシングルスタック4は、スタックアレイを構成している。
図3に示すように、各シングルスタック4は横置き状態となり、すなわち、各シングルスタックの吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略直交している。
図5に示すように、隣接する二つのシングルスタック4同士の間には、締付具7が設けられている。締付具7は、ステンレス製のくさび形部品とセラミック製のくさび形部品のうちの1種類又は2種類からなり、セラミック製のくさび形部品は絶縁のために用いられている。
図5に示すように、当該スタックアレイにガスを供給する改質器3は各締付具7の内部に設けられ、改質器3とシングルスタック4との間を結ぶガス通路8も締付具7の内部に設けられており、これにより各改質器3から発生した排出ガスをガス通路8を通してシングルスタック4に供給して発電する。
上記したスタックアレイを動作させた後、安定した運行になると、出力電力は40kWに達する。
別の実施形態として、図6に示すように、この場合、各層の支持ユニット6に環状配列された締付具7の数は8つであり、1つの改質器3から発生した排出ガスをガス通路8を通して隣接する二つのシングルスタック4に供給して発電するように、いずれかの締付具7を始点の1として、改質器3が2番目、4番目、6番目、8番目の締付具の内部にのみ設けられ、ガス通路8も2番目、4番目、6番目、8番目の締付具の内部にのみ設けられていてもよい。これにより、改質器の数を削減することができ、コストの低減と作業効率の向上に有利である。
本実施例では、SOFC発電システムにおけるスタックアレイは、図4と図5に似たように、支持体5とスタックグループ2とを備えている。支持体5は層状構造であり、5層の支持ユニット6を有する。支持ユニット6の材質はステンレスである。
図5に似たように、各層の支持ユニット6には、7つのシングルスタック4が円周方向に沿って配列され、環状配列されたスタックグループ2を形成している。6層の支持ユニット6上に配置されたスタックグループ2である35個のシングルスタック4は、スタックアレイを構成している。
図3に示すように、各シングルスタック4は横置き状態となり、すなわち、各シングルスタックの吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略直交している。
図5に似たように、隣接する二つのシングルスタック4同士の間には、締付具7が設けられている。締付具7は、ステンレス製のくさび形部品とセラミック製のくさび形部品のうちの1種類又は2種類からなり、セラミック製のくさび形部品は絶縁のために用いられている。
図5に似たように、改質器3は各締付具7の内部に設けられ、改質器3とシングルスタック4との間を結ぶガス通路8も締付具7の内部に設けられており、これにより各改質器3から発生した排出ガスをガス通路8を通してシングルスタック4に供給して発電する。
上記したスタックアレイを動作させた後、安定した運行になると、出力電力は30kWに達する。
別の実施形態として、図7に示すように、この場合、各層の支持ユニット6に環状配列された締付具7の数は7つであり、1つの改質器3から発生した排出ガスをガス通路8を通して隣接する二つのシングルスタック4に供給して発電するように、いずれかの締付具7を始点の1として、改質器3が1番目、2番目、4番目、6番目の締付具の内部にのみ設けられ、或いは2番目、4番目、6番目、7番目の締付具の内部にのみ設けられ、ガス通路8も1番目、2番目、4番目、6番目の締付具の内部にのみ設けられ、或いは2番目、4番目、6番目、7番目の締付具の内部にのみ設けられていてもよい。これにより、改質器の数を削減することができ、コストの低減と作業効率の向上に有利である。
Claims (12)
- 支持体(5)と、スタックグループ(2)とを備えている固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイであって、
前記支持体(5)が層状構造であり、1層又は2層以上の支持ユニット(6)を有し、
各層の前記支持ユニット(6)が、少なくとも1つのスタックグループ(2)を支持しており、
各前記スタックグループ(2)が、複数のシングルスタック(4)からなり、各前記シングルスタック(4)が横置き状態となっている、
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。 - 前記シングルスタック(4)同士の間には、締付具(7)が設けられている、
ことを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。 - 前記締付具(7)の内部には、改質器(3)が設けられている、
ことを特徴とする請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。 - 前記改質器(3)とシングルスタック(4)との間を結ぶガス通路(8)が、締付具(7)の内部に設けられている、
ことを特徴とする請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。 - 前記スタックグループ(2)において、複数のシングルスタック(4)が順次に配列され閉ループ構造を形成している、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。 - 前記スタックグループ(2)において、複数のシングルスタック(4)が円周方向に沿って配列され閉ループ構造を形成している、
ことを特徴とする請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。 - 前記スタックグループ(2)において、複数のシングルスタック(4)が直線に配列されている、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。 - 前記締付具(7)が、セラミック製又はステンレス製である、
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。 - 前記改質器(3)が、単管式の改質器、多管式の改質器、又はチップ式の改質器である、ことを特徴とする請求項3又は4に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
- 前記スタックグループ(2)におけるシングルスタック(4)の数が、3〜12個である、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。 - 前記支持体(5)が、2〜10層の支持ユニット(6)を有する、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載のスタックアレイを備えた、
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電システム。
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