JP2022073338A - 燃料電池発電システム - Google Patents
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Abstract
Description
燃料ガスを用いて発電可能な第1燃料電池モジュールと、
前記第1燃料電池モジュールから排出される第1排燃料ガスが流れる第1排燃料ガスラインと、
前記第1排燃料ガスを用いて発電可能な第2燃料電池モジュールと、
前記第2燃料電池モジュールから排出される第2排燃料ガスが流れる第2排燃料ガスラインと、
前記第2排燃料ガスを前記第2燃料電池モジュールの燃料側電極に供給するために、前記第2排燃料ガスラインから再循環する第1再循環ラインと、
を備える。
まず、図1~図3を参照して、幾つかの実施形態に係る燃料電池発電システムを構成する燃料電池モジュールについて説明する。図1は、一実施形態に係るSOFCモジュール(燃料電池モジュール)の概略図である。図2は、一実施形態に係るSOFCモジュール(燃料電池モジュール)を構成するSOFCカートリッジ(燃料電池カートリッジ)の概略的な断面図である。図3は、一実施形態に係るSOFCモジュール(燃料電池モジュール)を構成するセルスタックの概略的な断面図である。
次に、上記構成を有する燃料電池モジュール210を利用した燃料電池発電システム1について説明する。図4は、一実施形態に係る燃料電池発電システム1の概略構成図である。
尚、非発電(ホットスタンバイ)状態における発電室215の温度は、例えば600~900℃程度である。
また、システム全体を外部(系統)からの電力の供給を受けることなく最小限の燃料で常時発電可能な状態に保持するが可能となり独立電源としての運用性が改善される。
燃料ガス(例えば上記実施形態の燃料ガスGf1)を用いて発電可能な第1燃料電池モジュール(例えば上記実施形態の第1燃料電池モジュール210A)と、
前記第1燃料電池モジュールから排出される第1排燃料ガス(例えば上記実施形態の第1排燃料ガスGef1)が流れる第1排燃料ガスライン(例えば上記実施形態の第1排燃料ガスライン22A)と、
前記第1排燃料ガスを用いて発電可能な第2燃料電池モジュール(例えば上記実施形態の第2燃料電池モジュール210B)と、
前記第2燃料電池モジュールから排出される第2排燃料ガス(例えば上記実施形態の第2排燃料ガスGef2)が流れる第2排燃料ガスライン(例えば上記実施形態の第2排燃料ガスライン22B)と、
前記第2排燃料ガスを前記第2燃料電池モジュールの燃料側電極に供給するために、前記第2排燃料ガスラインから再循環する第1再循環ライン(例えば上記実施形態の第1再循環ライン24B)と、
を備える。
前記第1排燃料ガスを前記第1燃料電池モジュールの燃料側電極に供給するために、前記第1排燃料ガスラインから再循環する第2再循環ラインを更に備え、
前記第1再循環ラインは、前記第1排燃料ガスラインに対して前記第2再循環ラインの分岐部より上流で合流するように接続される。
前記第1再循環ライン及び前記第2再循環ラインにはそれぞれ再循環ブロワが設けられている。
前記第1排燃料ガスラインのうち、前記第1再循環ラインとの第1合流部(例えば上記実施形態の第1合流部26A)と前記第2再循環ラインとの第2分岐部(例えば上記実施形態の第2分岐部26B)との間に、前記第1排燃料ガスを圧送するための再循環ブロワ(例えば上記実施形態の再循環ブロワ28)が設けられる。
システム要求負荷(例えば上記実施形態のシステム要求負荷Ls)に基づいて、前記第1燃料電池モジュール及び前記第2燃料電池モジュールをそれぞれ制御するための制御装置(例えば上記実施形態の制御装置380)を備え、
前記制御装置は、前記第1燃料電池モジュールの出力を前記システム要求負荷に応じて可変制御するとともに、前記第2燃料電池モジュールの出力を前記システム要求負荷に関わらず予め設定された一定目標値に制御する。
前記一定目標値は、前記第2燃料電池モジュールのほぼ定格出力値である。
前記第2燃料電池モジュールの定格出力値は、前記第1燃料電池モジュールの定格出力値より小さい。
前記制御装置は、前記システム要求負荷が前記第2燃料電池モジュールの定格出力値以下である場合、前記第1燃料電池モジュールを無負荷運転(ホットスタンバイ)状態になるように制御する。
前記制御装置は、前記第1燃料電池モジュールの無負荷運転(ホットスタンバイ)状態を維持するのに必要な改質用蒸気を、前記第2燃料電池モジュールの前記第2排燃料ガスを再循環させることで供給可能なように前記第2燃料電池モジュールが発電を行うように制御する。
前記制御装置は、前記第1燃料電池モジュールを無負荷運転(ホットスタンバイ)状態を維持するための必要な改質用蒸気を供給できるよう前記第2燃料電池モジュールを制御する。
第2排燃料ガスGef2を第1燃料電池モジュール210Aの酸化性ガス供給ライン42Aに供給可能なように第2排燃料ガスライン22Bと酸化性ガス供給ライン42Aを接続する第2排燃料ガス供給ライン(例えば上記実施形態の24C)を更に備える。
前記第2排燃料ガスGef2を第2燃料電池モジュール210Bの酸化性ガス供給ライン42Bに供給可能なように第2排燃料ガスライン22Bと酸化性ガス供給ライン42Bを接続する第2排燃料ガス供給ライン(例えば上記実施形態の24D)を更に備える。
10 燃料電池部
20 燃料ガス供給ライン
22A 第1排燃料ガスライン
22B 第2排燃料ガスライン
24A 第2再循環ライン
24B 第1再循環ライン
24C 第2排燃料供給ライン(第1燃料電池モジュール用)
24D 第2排燃料供給ライン(第2燃料電池モジュール用)
26A 第1合流部
26B 第2分岐部
28 再循環ブロワ
28A 第1再循環ブロワ
28B 第2再循環ブロワ
40 酸化性ガス供給ライン
42A 第1酸化性ガス供給ライン
42B 第2酸化性ガス供給ライン
42C 第1排酸化性ガスライン
42D 第2排酸化性ガスライン
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 燃料側電極
111 固体電解質膜
113 酸素側電極
115 リード膜
210 燃料電池モジュール(SOFCモジュール)
210A 第1燃料電池モジュール
210B 第2燃料電池モジュール
203 燃料電池カートリッジ(SOFCカートリッジ)
205 圧力容器
207 燃料ガス供給管
207a 燃料ガス供給枝管
209 燃料ガス排出管
209a 燃料ガス排出枝管
215 発電室
217 燃料ガス供給ヘッダ
219 燃料ガス排出ヘッダ
221 酸化性ガス供給ヘッダ
223 酸化性ガス排出ヘッダ
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
237a,237b シール部材
380 制御装置
Gef1 第1排燃料ガス
Gef2 第2排燃料ガス
Geo1 第1排酸化性ガス
Geo2 第2排酸化性ガス
Gf 燃料ガス
Go 酸化性ガス
Claims (12)
- 燃料ガスを用いて発電可能な第1燃料電池モジュールと、
前記第1燃料電池モジュールから排出される第1排燃料ガスが流れる第1排燃料ガスラインと、
前記第1排燃料ガスを用いて発電可能な第2燃料電池モジュールと、
前記第2燃料電池モジュールから排出される第2排燃料ガスが流れる第2排燃料ガスラインと、
前記第2排燃料ガスを前記第2燃料電池モジュールの燃料側電極に供給するために、前記第2排燃料ガスラインから再循環する第1再循環ラインと、
を備える、燃料電池発電システム。 - 前記第1排燃料ガスを前記第1燃料電池モジュールの燃料側電極に供給するために、前記第1排燃料ガスラインから再循環する第2再循環ラインを更に備え、
前記第1再循環ラインは、前記第1排燃料ガスラインに対して前記第2再循環ラインの分岐部より上流で合流するように接続された、請求項1に記載の燃料電池発電システム。 - 前記第1再循環ライン及び前記第2再循環ラインにはそれぞれ再循環ブロワが設けられている、請求項2に記載の燃料電池発電システム。
- 前記第1排燃料ガスラインのうち、前記第1再循環ラインとの第1合流部と前記第2再循環ラインの第2分岐部との間に、前記第1排燃料ガスを圧送するための再循環ブロワが設けられる、請求項2に記載の燃料電池発電システム。
- システム要求負荷に基づいて、前記第1燃料電池モジュール及び前記第2燃料電池モジュールをそれぞれ制御するための制御装置を備え、
前記制御装置は、前記第1燃料電池モジュールの出力を前記システム要求負荷に応じて可変制御するとともに、前記第2燃料電池モジュールの出力を前記システム要求負荷に関わらず予め設定された一定目標値に制御する、請求項1から4に記載の燃料電池発電システム。 - 前記一定目標値は、前記第2燃料電池モジュールの定格出力値とする、請求項5に記載の燃料電池発電システム。
- 前記第2燃料電池モジュールの定格出力値は、前記第1燃料電池モジュールの定格出力値より小さい、請求項5又は6に記載の燃料電池発電システム。
- 前記制御装置は、前記システム要求負荷が前記第2燃料電池モジュールの定格出力値以下である場合、前記第1燃料電池モジュールを無負荷運転状態になるように制御する、請求項5から7のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
- 前記制御装置は、前記第1燃料電池モジュールの無負荷運転状態を維持するのに必要な改質用蒸気を、前記第2燃料電池モジュールの前記第2排燃料ガスを再循環させることで供給可能なように前記第2燃料電池モジュールが発電を行うように制御する、請求項5から8のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
- 前記制御装置は、前記燃料電池発電システムが無負荷運転状態を維持するために必要な最小限の電力を発電するように前記第2燃料電池モジュールを制御する、請求項5から9のいずか一項に記載の燃料電池発電システム。
- 前記第2排燃料ガスを前記第1燃料電池モジュールの酸化性ガス供給ラインに供給可能なように前記第2排燃料ガスラインと前記酸化性ガス供給ラインを接続する第2排燃料ガス供給ラインを更に備える、請求項1から10のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
- 前記第2排燃料ガスを前記第2燃料電池モジュールの酸化性ガス供給ラインに供給可能なように前記第2排燃料ガスラインと前記酸化性ガス供給ラインを接続する第2排燃料ガス供給ラインを更に備える、請求項1から11のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
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