JP5114086B2 - Solid oxide fuel cell module and starting method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、固体酸化物型燃料電池モジュールおよびその起動方法に関し、特に、固体酸化物型燃料電池モジュールの短時間起動を可能とする固体酸化物型燃料電池モジュールの構造およびその起動方法に関する。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell module and a starting method thereof, and more particularly, to a structure of a solid oxide fuel cell module that enables a solid oxide fuel cell module to be started for a short time and a starting method thereof.
燃料電池は、化学変化を直接に電気エネルギーに変えることができることから高効率であり、また、窒素や硫黄などを含む燃料を燃焼しないので、大気汚染物質(NOX、SOX等)の排出量が少なく地球環境に優しいという特長を有する。この燃料電池には電解質の種類などによって幾つかの種類があるが、中でも固体酸化物型燃料電池(SOFC)は最も効率が高い燃料電池として期待されている。 Fuel cells are highly efficient because they can convert chemical changes directly into electrical energy, and they do not burn fuels containing nitrogen, sulfur, etc., so emissions of air pollutants (NO X , SO X, etc.) There are few features that are friendly to the global environment. There are several types of fuel cells depending on the type of electrolyte. Among them, a solid oxide fuel cell (SOFC) is expected as the most efficient fuel cell.
固体酸化物型燃料電池(SOFC)は、酸素イオン導電性を有するイットリア安定化ジルコニア等の固体酸化物を電解質とし、約800〜1000℃程度の温度で動作する。動作温度が高いことから、起動時には発電可能な温度までモジュールを加熱・昇温する必要がある。従来のSOFCにおいては、燃料電池モジュールの周囲に電気ヒータ等を設置して加熱が行われていたため、起動するための余分な設備や多大な時間を要するという問題があった。 A solid oxide fuel cell (SOFC) uses a solid oxide such as yttria-stabilized zirconia having oxygen ion conductivity as an electrolyte and operates at a temperature of about 800 to 1000 ° C. Since the operating temperature is high, it is necessary to heat and raise the module to a temperature at which power generation is possible at startup. In the conventional SOFC, since an electric heater or the like is installed around the fuel cell module and heated, there is a problem that extra equipment and a lot of time are required for starting.
このような問題を解決するため、特許文献1(特開2001−155754号公報)では、燃料電池モジュールのアノード側およびカソード側の両方にバーナを内蔵し、バーナの燃焼およびその燃焼ガスで直接モジュールを加熱、昇温する固体電解質燃料電池が提案されている。これにより、燃料電池モジュールを電池内部のアノード側とカソード側から同時に加熱でき、燃料電池が短時間で起動可能としている。 In order to solve such a problem, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-155754), a burner is built in both the anode side and the cathode side of the fuel cell module, and the module is directly used by combustion of the burner and its combustion gas. A solid electrolyte fuel cell that heats and raises the temperature has been proposed. Thereby, the fuel cell module can be heated simultaneously from the anode side and the cathode side inside the cell, and the fuel cell can be started in a short time.
また、特許文献2(特開2002−280053号公報)では、固体酸化物形燃料電池モジュールの発電反応室内に表面燃焼バーナを内蔵し、赤熱したバーナからの輻射熱により燃料電池セルのアノード側を広い面積で加熱して、運転中の内部温度勾配の発生を解消する固体酸化物形燃料電池が提案されている。さらに、この表面燃焼バーナによる加熱を起動時にも活用することにより、従来起動時のみに必要だった設備を不要にすることができるとしている。 In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-280053), a surface combustion burner is built in the power generation reaction chamber of the solid oxide fuel cell module, and the anode side of the fuel cell is widened by radiant heat from the red-hot burner. There has been proposed a solid oxide fuel cell that is heated by an area and eliminates an internal temperature gradient during operation. Furthermore, by utilizing the heating by the surface combustion burner also at the time of start-up, it is said that the equipment that was necessary only at the time of start-up can be eliminated.
しかしながら、従来のバーナを内蔵した固体酸化物型燃料電池モジュールには、以下のような問題があった。 However, the conventional solid oxide fuel cell module with a built-in burner has the following problems.
例えば、燃料電池モジュールのアノード側とカソード側にバーナを内蔵し、バーナの燃焼およびその燃焼ガスで直接モジュールを加熱、昇温する固体電解質燃料電池においては、バーナ燃焼加熱の性質上、局所加熱になりやすく、広範囲を一様に加熱することが難しいという問題がある。また、基本的に、バーナ加熱は、発熱量が混合気流量に依存するため、発熱量の微妙な制御が難しいという問題がある。 For example, in a solid electrolyte fuel cell in which burners are built in the anode and cathode sides of a fuel cell module, and the module is directly heated and heated by the combustion of the burner and its combustion gas, due to the nature of burner combustion heating, local heating is used. There is a problem that it is difficult to heat uniformly over a wide area. Further, basically, the burner heating has a problem that it is difficult to delicately control the heat generation amount because the heat generation amount depends on the mixture flow rate.
また、燃料電池モジュールの発電反応室内に表面燃焼バーナを内蔵し、赤熱したバーナからの輻射熱により燃料電池セルのアノード側を加熱する固体酸化物形燃料電池においては、表面燃焼バーナからの輻射加熱であるため広範囲を一様に加熱できる利点がある一方、上述同様、発熱量が混合気流量に依存するため、安定した表面燃焼の維持と発熱量の制御を両立させるのが難しいという問題がある。 In a solid oxide fuel cell that has a built-in surface combustion burner in the power generation reaction chamber of the fuel cell module and heats the anode side of the fuel cell by radiant heat from the red-hot burner, the radiant heating from the surface combustion burner Therefore, there is an advantage that the wide range can be heated uniformly. However, as described above, since the calorific value depends on the air-fuel mixture flow rate, there is a problem that it is difficult to achieve both stable surface combustion maintenance and calorific value control.
従って、本発明の目的は、固体酸化物型燃料電池モジュールに内蔵した起動用バーナを安定した燃焼状態に保ち、かつ発熱量を制御することによって、短時間起動を可能とする固体酸化物型燃料電池モジュールおよびその起動方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to maintain a starter burner built in a solid oxide fuel cell module in a stable combustion state and to control a heat generation amount, thereby enabling a short time start of a solid oxide fuel. It is in providing a battery module and its starting method.
本発明者らは、固体酸化物型燃料電池モジュールという閉じられた空間に内蔵した表面燃焼バーナの燃焼状態を詳細に検討したところ、バーナに供給する混合気に所定流量の第3の流体を混入させることで、従来困難であった安定した表面燃焼の維持と発熱量の制御の両立が可能であることを見出したことに基づき、本発明を完成した。 The present inventors have studied in detail the combustion state of a surface combustion burner built in a closed space called a solid oxide fuel cell module. As a result, a third fluid having a predetermined flow rate is mixed in the air-fuel mixture supplied to the burner. Thus, the present invention has been completed based on the finding that it is possible to maintain both stable surface combustion and control of the calorific value, which has been difficult in the past.
本発明は、上記目的を達成するため、燃料電池モジュール起動用のアノードバーナおよびカソードバーナを内蔵した固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法であって、
前記アノードバーナおよび前記カソードバーナでの燃焼において、前記アノードバーナまたは前記カソードバーナの少なくともどちらか一方に対し、燃料となる第1の流体および酸化剤となる第2の流体を供給するのに加えて、前記第1および前記第2の流体と異なる第3の流体を所定の流量で供給することを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for starting a solid oxide fuel cell module incorporating an anode burner and a cathode burner for starting a fuel cell module,
In the combustion in the anode burner and the cathode burner, in addition to supplying the first fluid as the fuel and the second fluid as the oxidant to at least one of the anode burner and the cathode burner. A starting method for a solid oxide fuel cell module is provided, wherein a third fluid different from the first and second fluids is supplied at a predetermined flow rate.
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る燃料電池モジュール起動用のアノードバーナおよびカソードバーナを内蔵した固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法において、
前記第3の流体として不活性ガスを用い、第1の流体に対して1.5倍以上5倍以下の流量比で供給することを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides an anode burner for starting a fuel cell module according to the present invention and a method for starting a solid oxide fuel cell module incorporating a cathode burner.
A starting method for a solid oxide fuel cell module is provided, wherein an inert gas is used as the third fluid and is supplied at a flow rate ratio of 1.5 to 5 times that of the first fluid.
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る燃料電池モジュール起動用のアノードバーナおよびカソードバーナを内蔵した固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法において、
前記第3の流体としてミストを用い、第1の流体の流量1NL/minに対して0.68 g/min以上2.3 g/min以下の流量で供給することを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides an anode burner for starting a fuel cell module according to the present invention and a method for starting a solid oxide fuel cell module incorporating a cathode burner.
A solid oxide fuel cell module characterized in that mist is used as the third fluid and is supplied at a flow rate of 0.68 g / min to 2.3 g / min with respect to the flow rate of 1 NL / min of the first fluid. Provide a startup method.
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る燃料電池モジュール起動用のアノードバーナおよびカソードバーナを内蔵した固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法において、
前記アノードバーナの燃焼ガス組成が還元雰囲気であり、かつ前記カソードバーナの燃焼ガス組成が酸化雰囲気であることを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides an anode burner for starting a fuel cell module according to the present invention and a method for starting a solid oxide fuel cell module incorporating a cathode burner.
A starting method for a solid oxide fuel cell module is provided, wherein the combustion gas composition of the anode burner is a reducing atmosphere and the combustion gas composition of the cathode burner is an oxidizing atmosphere.
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る燃料電池モジュール起動用のアノードバーナおよびカソードバーナを内蔵した固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法において、
前記アノードバーナに供給する混合気の等量比が1.0〜1.2であり、かつ前記カソードバーナに供給する混合気の等量比が0.4〜0.7であることを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides an anode burner for starting a fuel cell module according to the present invention and a method for starting a solid oxide fuel cell module incorporating a cathode burner.
A solid oxide fuel cell module characterized in that an equivalence ratio of an air-fuel mixture supplied to the anode burner is 1.0 to 1.2 and an equivalence ratio of an air-fuel mixture supplied to the cathode burner is 0.4 to 0.7 Provides a starting method.
また、本発明は、上記目的を達成するため、燃料電池モジュール起動用のアノードバーナおよびカソードバーナを内蔵した固体酸化物型燃料電池モジュールであって、
前記アノードバーナまたは前記カソードバーナの少なくともどちらか一方に対し、燃料となる第1の流体および酸化剤となる第2の流体を供給する装置に加えて、前記第1および前記第2の流体と異なる第3の流体を供給する装置を具備することを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention is a solid oxide fuel cell module incorporating an anode burner and a cathode burner for starting a fuel cell module,
In addition to a device for supplying a first fluid as a fuel and a second fluid as an oxidant to at least one of the anode burner and the cathode burner, it differs from the first and second fluids A solid oxide fuel cell module comprising a device for supplying a third fluid is provided.
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る固体酸化物型燃料電池モジュールにおいて、
前記第3の流体が不活性ガスであることを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the above solid oxide fuel cell module according to the present invention.
A solid oxide fuel cell module is provided in which the third fluid is an inert gas.
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る固体酸化物型燃料電池モジュールにおいて、
前記不活性ガスが前記第1の流体に対して1.5倍以上5倍以下の流量比で供給される機構を有することを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the above solid oxide fuel cell module according to the present invention.
There is provided a solid oxide fuel cell module characterized by having a mechanism for supplying the inert gas at a flow rate ratio of 1.5 to 5 times that of the first fluid.
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る固体酸化物型燃料電池モジュールにおいて、
前記第3の流体がミストであることを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールを提供し、さらに、前記ミストを発生させる手段としてのスプレイ装置または超音波振動装置を具備することを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the above solid oxide fuel cell module according to the present invention.
Provided is a solid oxide fuel cell module, wherein the third fluid is mist, and further comprises a spray device or an ultrasonic vibration device as means for generating the mist. A solid oxide fuel cell module is provided.
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る固体酸化物型燃料電池モジュールにおいて、
前記ミストが前記第1の流体の流量1NL/minに対して0.68 g/min以上2.3 g/min以下の流量で供給される機構を有することを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the above solid oxide fuel cell module according to the present invention.
Provided is a solid oxide fuel cell module characterized in that the mist has a mechanism to be supplied at a flow rate of 0.68 g / min to 2.3 g / min with respect to a flow rate of 1 NL / min of the first fluid. .
本発明によれば、固体酸化物型燃料電池モジュールに内蔵した表面燃焼バーナを安定した燃焼状態に保ち、かつ発熱量を制御することが可能となり、その結果、短時間起動を可能とする固体酸化物型燃料電池モジュールおよびその起動方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to keep the surface combustion burner built in the solid oxide fuel cell module in a stable combustion state and to control the amount of heat generation, and as a result, the solid oxidation that enables short-time startup. A physical fuel cell module and a starting method thereof can be provided.
以下に、図を参照しながら、本発明に係る実施の形態を説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施の形態に限定されることはない。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiment taken up here.
〔本発明の第1の実施の形態〕
本実施の形態に係る固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法は、前記固体酸化物型燃料電池モジュールが起動用のアノードバーナおよびカソードバーナを内蔵しており、前記アノードバーナおよび前記カソードバーナでの燃焼において、前記アノードバーナまたは前記カソードバーナの少なくともどちらか一方に対し、燃料となる第1の流体および酸化剤となる第2の流体を供給するのに加えて、前記第1および前記第2の流体と異なる第3の流体を所定の流量で供給する。このとき、前記第3の流体として不活性ガス(例えば、窒素)を用い、第1の流体に対して1.5倍以上5倍以下の流量比で供給することを特徴とする。
[First embodiment of the present invention]
In the starting method of the solid oxide fuel cell module according to the present embodiment, the solid oxide fuel cell module has a built-in anode burner and cathode burner, and the anode burner and the cathode burner In combustion, in addition to supplying the first fluid as the fuel and the second fluid as the oxidant to at least one of the anode burner and the cathode burner, the first and second A third fluid different from the fluid is supplied at a predetermined flow rate. At this time, an inert gas (for example, nitrogen) is used as the third fluid, and the third fluid is supplied at a flow rate ratio of 1.5 to 5 times that of the first fluid.
(固体酸化物型燃料電池モジュールの構造)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る固体酸化物型燃料電池モジュールの構造の1例を示す断面模式図である。SOFCモジュール100は、セル容器1、カソード容器2およびアノード容器3で外殻を構成し、その外側が断熱材4で断熱・保温されている。
(Structure of solid oxide fuel cell module)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the solid oxide fuel cell module according to the first embodiment of the present invention. In the SOFC
セル容器1とカソード容器2の間にはカソード室5があり、セル容器1とアノード容器3の間にはアノード室6がある。カソード室5とアノード室6には、それぞれ発電のための酸化剤(例えば、空気)を供給する発電用空気配管7と、燃料(例えば、メタンガスや水素ガス)を供給する発電用燃料配管8が接続されている。また、発電用空気配管7と発電用燃料配管8には、それぞれ流量制御が可能なバルブ(図示せず)が具備されている。
A
セル容器1の内部には、SOFC単セル10が複数本収納され、各単セル10は耐熱性の電気良導体9で電気的に接続されている。SOFCモジュール100の両端には、モジュールで発生した電流を取り出すためのカソード電極12とアノード電極14が設けられ、それぞれカソード集電極11およびアノード集電極13を介して、単セル10と接続されている。また、セル容器1の内部には、運転温度モニタ用の温度センサ(図示せず)が設置されている。
A plurality of SOFC
カソード容器2には、燃料電池モジュール起動用のカソードバーナ20が内蔵され、アノード容器3には、起動用のアノードバーナ26が内蔵されている。カソードバーナ20は、バーナ配管室15、混合室16およびバーナ材17から構成されており、アノードバーナ26は、バーナ配管室21、混合室22およびバーナ材23から構成されている。また、カソードバーナ材17の表裏に、燃焼状態モニタ用の表面温度センサ18と裏面温度センサ19を設置することが望ましい。また、アノードバーナ材23の表裏に、燃焼状態モニタ用の表面温度センサ24と裏面温度センサ25を設置することが望ましい。なお、カソードバーナ20およびアノードバーナ26の形態に特段の限定はないが、広範囲を一様に加熱できる利点から表面燃焼バーナであることが望ましい。また、カソードバーナ材17およびアノードバーナ材23としては、耐熱性金属繊維(例えば、FeCrAlY合金)の積層体や多孔質セラミックス(例えば、気孔率:70〜80%)等が好適に用いられる。
The
また、カソードバーナ20には、燃料(第1の流体、例えば、メタンガス)を供給する燃料配管27と、酸化剤(第2の流体、例えば、空気)を供給する空気配管28が接続されている。一方、アノードバーナ26には、燃料(第1の流体、例えば、メタンガス)を供給する燃料配管29と、酸化剤(第2の流体、例えば、空気)を供給する空気配管30が接続されているのに加えて、バーナの燃焼に対して不活性である窒素ガス(第3の流体)を供給する窒素配管31が空気配管30に接続されている。なお、各配管27〜31には、それぞれに流量制御を可能にするバルブ(図示せず)が具備されている。また、窒素配管31の接続は、空気配管30に限定されるものでなく、燃料配管29やバーナ配管室21であってもよい。
The
(起動用バーナの安定燃焼条件)
次に、図1に示した固体酸化物形燃料電池モジュール100を用いて、起動用バーナが安定して燃焼するための条件について例を挙げて説明する。
(Stable combustion condition of starter burner)
Next, the conditions for stably burning the starting burner using the solid oxide
室温状態の固体酸化物形燃料電池モジュール100に対し、起動用バーナ22,26に点火して、SOFC運転温度(900〜1000℃)まで昇温する燃焼試験を行った。燃料電池モジュール100の温度は、セル容器1の内部に設置した運転温度モニタ用の温度センサで検知した。
A combustion test was performed on the solid oxide
燃料電池モジュールに内蔵した起動用のカソードバーナ20に、燃料配管27、空気配管28からそれぞれ燃料、空気を供給し点火した。同様に、アノードバーナ26にも、燃料配管29、空気配管30からそれぞれ燃料、空気を供給し点火した。バーナ燃料には、共にメタンガスを用いた。また、カソードバーナ20に供給する混合気の等量比が0.4〜0.7となり、アノードバーナ26に供給する混合気の等量比が1.0〜1.2となるように、空気の流量をそれぞれ調整した。なお、混合気とは「燃料ガスと空気が混ざり合ったもの」を意味し、等量比は「燃料ガスの流量を空気の流量で除したもの」と定義する。
Fuel and air were supplied from a
ここで、SOFC単セル10のアノードは、空気などの酸化性ガスが触れると酸化されて電極活性を失うため、起動時には還元性ガスを供給しながら還元性雰囲気を維持しつつ昇温を行う必要がある。アノードバーナ26に供給する混合気の等量比を1.0〜1.2とするのは、燃焼ガスを還元性ガスにするためである。一方、SOFC単セル10のカソードに対しては、酸化性雰囲気が維持されることが望ましいことから、カソードバーナ20に供給する混合気の等量比を0.4〜0.7とし、燃焼ガスを酸化性ガスとした。
Here, the anode of the SOFC
また、起動用バーナが安定して燃焼しているか否かは、各バーナ材17,23にそれぞれ設置した表面温度センサ18,24と裏面温度センサ19,25による温度の差異や変化から判定した。具体的には、正常な(安定した)表面燃焼状態ではバーナ材表面で燃焼が行なわれるため、バーナ材裏面の温度に比してバーナ材表面の温度の方が高くなる(「バーナ材表面温度」>「バーナ材裏面温度」)。これに対し、非正常な状態としては、バーナ材裏面の温度がバーナ材表面の温度以上(「バーナ材表面温度」≦「バーナ材裏面温度」)となる異常燃焼(例えば、逆火)や、バーナ材の表裏面の温度が低下する燃焼異常(例えば、失火)が考えられる。
Whether or not the starting burner is stably combusted is determined from the difference in temperature or the change between the
はじめに、起動用バーナ22,26に供給する燃料ガス(メタンガス)の流量条件を4NL/minとしたところ、当初は起動用バーナの安定した燃焼状態と燃料電池モジュールの安定した温度上昇を示していた。ところが、アノードバーナ材23の裏面温度センサ25が約350℃を超えたあたりから、安定した表面燃焼を維持することが困難になり、「バーナ材23の表面温度」≦「バーナ材23の裏面温度」となった。これは、「バーナ材23の表面燃焼」から「混合室22への逆火」へ遷移したものと考えられた。
First, when the flow rate condition of the fuel gas (methane gas) supplied to the
「バーナ材23の表面燃焼」から「混合室22への逆火」へ遷移した理由の一つとしては、SOFCモジュールという閉じられた空間に内蔵したバーナの燃焼において、SOFCモジュールの温度の上昇(バーナ環境の温度上昇)に伴って混合気の燃焼速度が増大し、バーナ材を通過する混合気の流速とのバランスが崩れたためと考えられた。
One of the reasons for the transition from "surface combustion of
そこで、窒素配管31から窒素ガス(第3の流体)を6〜24NL/minの流量条件で供給としたところ、「バーナ材23の表面温度」>「バーナ材23の裏面温度」となり、安定した表面燃焼を維持できることが判った。また、アノードバーナ材23の裏面温度は、250〜300℃でほぼ一定となった。ここで、燃料ガス(メタンガス)の流量条件が4NL/minの場合において、窒素ガス(第3の流体)の流量条件が6NL/min未満では、逆火と考えられる異常燃焼を抑制できなかった。また、窒素ガス(第3の流体)の流量条件が25NL/min以上では、アノードバーナ材23の表裏面の温度が低下しはじめ、部分的な失火と考えられる燃焼異常が発生した。
Therefore, when nitrogen gas (third fluid) was supplied from the
一方、燃料ガス(メタンガス)の流量条件が終始4NL/minであると、単位時間当たりに発生する熱量が不足し、SOFCモジュールを運転温度(900〜1000℃)まで昇温することが困難である。したがって、SOFCモジュールの温度上昇に伴って燃料ガス(メタンガス)の流量を増加させる必要がある。なお、室温付近からの起動においては、はじめから燃料ガスの流量(単位時間当たりに発生する熱量)を高めると、SOFCモジュールに大きな熱衝撃を与え、SOFCモジュールが損傷する可能性が高まることから、昇温開始時における燃料ガスの流量条件は、低めに設定することが好ましい(例えば、最大流量条件の1/3程度)。 On the other hand, if the flow rate condition of the fuel gas (methane gas) is 4 NL / min throughout, the amount of heat generated per unit time is insufficient, and it is difficult to raise the temperature of the SOFC module to the operating temperature (900 to 1000 ° C). . Therefore, it is necessary to increase the flow rate of fuel gas (methane gas) as the temperature of the SOFC module rises. When starting from around room temperature, increasing the fuel gas flow rate (the amount of heat generated per unit time) from the beginning increases the possibility of damage to the SOFC module due to a large thermal shock to the SOFC module. It is preferable to set the flow rate condition of the fuel gas at the start of the temperature increase to be low (for example, about 1/3 of the maximum flow rate condition).
SOFCモジュールの温度上昇に伴ってメタンガス(燃料ガス、第1の流体)の流量を増大させたところ、安定した表面燃焼を維持するために必要な窒素ガス(第3の流体)の流量も増大した。具体的には、メタンガスの流量条件が6NL/minの場合、10NL/minの場合、および12NL/minの場合で、安定した表面燃焼を維持するために必要な窒素ガスの流量条件は、それぞれ9〜39NL/min、15〜50NL/min、および18〜60NL/minであった。 As the temperature of the SOFC module increased, the flow rate of methane gas (fuel gas, first fluid) increased, and the flow rate of nitrogen gas (third fluid) required to maintain stable surface combustion also increased. . Specifically, when the flow rate condition of methane gas is 6 NL / min, 10 NL / min, and 12 NL / min, the flow rate conditions of nitrogen gas necessary for maintaining stable surface combustion are 9 -39 NL / min, 15-50 NL / min, and 18-60 NL / min.
また、アノードバーナ26が安定した表面燃焼を維持している状態において、アノードバーナの燃焼ガスを分析したところ、還元性ガスであることが確認された。
Further, when the combustion gas of the anode burner was analyzed in a state where the
SOFCモジュール100が運転可能な温度(900〜1000℃)まで昇温した後、発電用空気配管7から空気、発電用燃料配管8から燃料をそれぞれ供給することによって、発電を行うことができる。SOFCモジュール100での発電が開始された後は、アノードバーナ26とカソードバーナ20の燃焼を停止させればよい。
After the temperature is raised to a temperature at which the
以上の燃焼試験から、起動用バーナの安定した表面燃焼を維持するためには、第3の流体として燃焼に対する不活性ガス(例えば、窒素)を用い、燃料ガス(第1の流体)に対して1.5倍以上5倍以下の流量比で供給することが好ましいことが判った。より好ましくは1.5倍以上4.5倍以下であり、更に好ましくは2倍以上4倍以下である。 From the above combustion test, in order to maintain stable surface combustion of the starting burner, an inert gas (for example, nitrogen) for combustion is used as the third fluid, and the fuel gas (first fluid) is used. It has been found that it is preferable to supply at a flow rate ratio of 1.5 to 5 times. More preferably, they are 1.5 times or more and 4.5 times or less, More preferably, they are 2 times or more and 4 times or less.
なお、第3の流体は、起動用バーナでの燃焼に対して不活性なガスであればよく、上述した窒素のほか、アルゴンやヘリウムなどの他の不活性ガスを用いてもよい。また、燃焼に対する不活性ガスを第3の流体として供給することから、混合気における等量比に影響を与えず、その結果、アノードバーナの燃焼ガスとカソードバーナの燃焼ガスをそれぞれ望ましい還元性ガスおよび酸化性ガスに維持することができる。さらに、燃焼に対する不活性ガスを第3の流体として供給することから、バーナの発熱量とバーナ材を通過する混合気の流速を独立して制御することができる。 The third fluid may be any gas that is inert to combustion in the start-up burner, and other inert gases such as argon and helium may be used in addition to the nitrogen described above. Further, since the inert gas for combustion is supplied as the third fluid, the equivalence ratio in the air-fuel mixture is not affected. As a result, the combustion gas of the anode burner and the combustion gas of the cathode burner are respectively desired reducing gases. And can be maintained in an oxidizing gas. Furthermore, since the inert gas for combustion is supplied as the third fluid, the calorific value of the burner and the flow rate of the air-fuel mixture passing through the burner material can be controlled independently.
〔本発明の第2の実施の形態〕
本実施の形態に係る固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法は、前記固体酸化物型燃料電池モジュールが起動用のアノードバーナおよびカソードバーナを内蔵しており、前記アノードバーナおよび前記カソードバーナでの燃焼において、前記アノードバーナまたは前記カソードバーナの少なくともどちらか一方に対し、燃料となる第1の流体および酸化剤となる第2の流体を供給するのに加えて、前記第1および前記第2の流体と異なる第3の流体を所定の流量で供給する。このとき、前記第3の流体としてミスト(例えば、純水のミスト)を用い、第1の流体の流量1NL/minに対して0.68 g/min以上2.3 g/min以下の流量で供給することを特徴とする。
[Second Embodiment of the Present Invention]
In the starting method of the solid oxide fuel cell module according to the present embodiment, the solid oxide fuel cell module has a built-in anode burner and cathode burner, and the anode burner and the cathode burner In combustion, in addition to supplying the first fluid as the fuel and the second fluid as the oxidant to at least one of the anode burner and the cathode burner, the first and second A third fluid different from the fluid is supplied at a predetermined flow rate. At this time, a mist (for example, a mist of pure water) is used as the third fluid, and is supplied at a flow rate of 0.68 g / min to 2.3 g / min with respect to the flow rate of 1 NL / min of the first fluid. Features.
(固体酸化物型燃料電池モジュールの構造)
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る固体酸化物型燃料電池モジュールの構造の1例を示す断面模式図である。なお、前記第1の実施の形態に係るSOFCモジュールと同様の構造を有する部分は、図1と同じ記号を用い、詳細な説明を省略する。
(Structure of solid oxide fuel cell module)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of a solid oxide fuel cell module according to the second embodiment of the present invention. Parts having the same structure as those of the SOFC module according to the first embodiment are denoted by the same symbols as those in FIG. 1, and detailed description thereof is omitted.
SOFCモジュール200のアノードバーナ26には、燃料(第1の流体、例えば、メタンガス)を供給する燃料配管29と、酸化剤(第2の流体、例えば、空気)を供給する空気配管30が接続されているのに加えて、バーナの燃焼に対して不活性であるミスト(第3の流体)を供給するための給水管41がミスト発生器42を介して空気配管30に接続されている。ミスト発生器42としては、結果として混合気にミストを供給できれば特段の限定はないが、スプレイ装置や超音波振動装置などが好適に利用できる。なお、給水管41には、流量制御を可能にするバルブ(図示せず)が具備されている。また、給水管41およびミスト発生器42の接続は、空気配管30に限定されるものでなく、燃料配管29であってもよい。
Connected to the
また、第3の流体となるミストは、起動用バーナでの燃焼に対して不活性な液体を供給すればよく、例えば純水が好適に利用できる。SOFCの発電(定常運転)では、しばしば燃料に水分が添加されることから、起動用バーナに供給する燃料または空気に水分であるミストを混合しても特に問題は無い。 Moreover, the mist used as the third fluid only needs to supply a liquid that is inactive with respect to combustion in the start burner. For example, pure water can be suitably used. In SOFC power generation (steady operation), since water is often added to the fuel, there is no particular problem even if mist that is water is mixed with the fuel or air supplied to the start-up burner.
(起動用バーナの安定燃焼条件)
次に、図2に示したSOFCモジュール200を用いて、起動用バーナが安定して燃焼するための条件について例を挙げて説明する。前述した第1の実施の形態の場合と同様に、室温状態のSOFCモジュール200に対し、起動用バーナ22,26に点火して、SOFC運転温度(900〜1000℃)まで昇温する燃焼試験を行った。
(Stable combustion condition of starter burner)
Next, the conditions for stably burning the start burner using the
起動用バーナ22,26に供給する燃料ガス(メタンガス)の流量条件を4NL/minとし昇温を開始したところ、アノードバーナ材23の裏面温度センサ25が約350℃を超えたあたりから「バーナ材23の表面温度」≦「バーナ材23の裏面温度」となり、「混合室22への逆火」と考えられる異常燃焼が発生した。
When the temperature of the fuel gas (methane gas) supplied to the start-up
そこで、給水管41からミスト発生器42に純水を供給し、発生したミスト(第3の流体)を空気(第2の流体)に混合させたところ、「バーナ材23の表面温度」>「バーナ材23の裏面温度」となり、安定した表面燃焼を維持できることが判った。これは、混合させたミストが混合室22で気化して、燃焼に対して不活性な水蒸気として機能したためと考えられる。このときのミストの流量条件は、メタンガス(第1の流体)の流量1NL/minに対して0.68 g/min以上2.3 g/min以下であった。また、アノードバーナ材23の裏面温度は、250〜300℃でほぼ一定となった。メタンガスの流量1NL/minに対して、ミストの流量条件が0.68 g/min未満では、逆火と考えられる異常燃焼を抑制できなかった。また、ミストの流量条件が2.3 g/minより大きい場合では、アノードバーナ材23の表裏面の温度が低下しはじめ、部分的な失火と考えられる燃焼異常が発生した。
Therefore, when pure water is supplied from the
次に、SOFCモジュール200の温度上昇に伴ってメタンガスの流量を増大させたところ、安定した表面燃焼を維持するために必要なミストの流量条件は、同様にメタンガスの流量1NL/minに対して0.68 g/min以上2.3 g/min以下であった。また、アノードバーナ26が安定した表面燃焼を維持している状態において、アノードバーナの燃焼ガスを分析したところ、還元性ガスであることを確認した。
Next, when the flow rate of methane gas was increased as the temperature of the
SOFCモジュール200が運転可能な温度(900〜1000℃)まで昇温した後、発電用空気配管7から空気、発電用燃料配管8から燃料をそれぞれ供給することによって、発電を行うことができる。SOFCモジュール200での発電が開始された後は、アノードバーナ26とカソードバーナ20の燃焼を停止させればよい。
After the temperature is raised to a temperature (900 to 1000 ° C.) at which the
以上の燃焼試験から、起動用バーナの安定した表面燃焼を維持するためには、第3の流体としてミストを用い、燃料ガス(第1の流体)の流量1NL/minに対して0.68 g/min以上2.3 g/min以下の流量で供給することが好ましいことが判った。より好ましくは0.68 g/min以上2.0 g/min以下であり、更に好ましくは0.90 g/min以上1.8 g/min以下である。 From the above combustion test, in order to maintain stable surface combustion of the starting burner, mist is used as the third fluid, and the flow rate of fuel gas (first fluid) is 0.68 g / min with respect to 1 NL / min. It has been found that it is preferable to supply at a flow rate of 2.3 g / min or less. More preferably, it is 0.68 g / min or more and 2.0 g / min or less, and further preferably 0.90 g / min or more and 1.8 g / min or less.
〔本発明の第3の実施の形態〕
(固体酸化物型燃料電池モジュールの構造)
図3は、本発明の第3の実施の形態に係る固体酸化物型燃料電池モジュールの構造の1例を示す断面模式図である。なお、前記第1の実施の形態に係るSOFCモジュールと同様の構造を有する部分は、図1と同じ記号を用い、詳細な説明を省略する。
[Third embodiment of the present invention]
(Structure of solid oxide fuel cell module)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of a solid oxide fuel cell module according to the third embodiment of the present invention. Parts having the same structure as those of the SOFC module according to the first embodiment are denoted by the same symbols as those in FIG. 1, and detailed description thereof is omitted.
SOFCモジュール300のカソードバーナ20には、燃料(第1の流体、例えば、メタンガス)を供給する燃料配管27と、酸化剤(第2の流体、例えば、空気)を供給する空気配管28が接続されているのに加えて、バーナの燃焼に対して不活性である窒素ガス(第3の流体)を供給する窒素配管51が空気配管28に接続されている。なお、窒素配管51には、流量制御を可能にするバルブ(図示せず)が具備されている。また、窒素配管51の接続は、空気配管28に限定されるものでなく、燃料配管27やバーナ配管室15であってもよい。
The
(起動用バーナの安定燃焼条件)
次に、図3に示したSOFCモジュール300を用いて、起動用バーナが安定して燃焼するための条件について例を挙げて説明する。前述した第1の実施の形態の場合と同様に、室温状態のSOFCモジュール300に対し、起動用バーナ22,26に点火して、SOFC運転温度(900〜1000℃)まで昇温する燃焼試験を行った。
(Stable combustion condition of starter burner)
Next, the conditions for stably burning the start burner using the SOFC module 300 shown in FIG. 3 will be described by way of example. As in the case of the first embodiment described above, a combustion test is performed in which the start-up
起動用バーナ22,26に供給する燃料ガス(メタンガス)の流量条件を4NL/minとし昇温を開始したところ、カソードバーナ材17の表裏面の温度が「バーナ材17の表面温度」≦「バーナ材17の裏面温度」となり、「混合室16への逆火」と考えられる異常燃焼が発生した。カソードバーナ20で異常燃焼が発生した要因は定かではないが、SOFCモジュール300のカソードバーナ20近傍の断熱性が、SOFCモジュール100,200のそれよりも高かったために、カソードバーナ20での燃焼速度が供給された混合気の流速よりも高くなったためと考えられた。
When the temperature of the fuel gas (methane gas) supplied to the starting
そこで、前述した第1の実施の形態の場合と同様の流量条件で、窒素配管51から窒素ガス(第3の流体)を供給としたところ、「バーナ材17の表面温度」>「バーナ材17の裏面温度」となり、安定した表面燃焼を維持できることが判った。また、SOFCモジュール300の温度上昇に伴ってメタンガスの流量を増大させたところ、安定した表面燃焼を維持するために必要なミストの流量条件は、同様にメタンガスの流量に対して1.5倍以上5倍以下であった。また、カソードバーナ20が安定した表面燃焼を維持している状態において、カソードバーナの燃焼ガスを分析したところ、酸化性ガスであることを確認した。
Therefore, when nitrogen gas (third fluid) is supplied from the nitrogen pipe 51 under the same flow rate conditions as in the first embodiment described above, “the surface temperature of the
SOFCモジュール300が運転可能な温度(900〜1000℃)まで昇温した後、発電用空気配管7から空気、発電用燃料配管8から燃料をそれぞれ供給することによって、発電を行うことができる。SOFCモジュール300での発電が開始された後は、カソードバーナ20とアノードバーナ26の燃焼を停止させればよい。
After raising the temperature to a temperature at which the SOFC module 300 can be operated (900 to 1000 ° C.), power can be generated by supplying air from the power generation air pipe 7 and fuel from the power
以上の燃焼試験から、起動用バーナの安定した表面燃焼を維持するためには、第3の流体として燃焼に対する不活性ガス(例えば、窒素)を用い、燃料ガス(第1の流体)に対して1.5倍以上5倍以下の流量比で供給することが好ましいことが判った。より好ましくは1.5倍以上4.5倍以下であり、更に好ましくは2倍以上4倍以下である。 From the above combustion test, in order to maintain stable surface combustion of the starting burner, an inert gas (for example, nitrogen) for combustion is used as the third fluid, and the fuel gas (first fluid) is used. It has been found that it is preferable to supply at a flow rate ratio of 1.5 to 5 times. More preferably, they are 1.5 times or more and 4.5 times or less, More preferably, they are 2 times or more and 4 times or less.
〔実施の形態の効果〕
上記の本発明の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
(1)SOFC起動用のバーナに、燃料となる第1の流体および酸化剤となる第2の流体を供給するのに加えて、燃焼に対して不活性な第3の流体を所定の流量で供給することから、混合気における等量比に影響を与えず、その結果、アノードバーナの燃焼ガスとカソードバーナの燃焼ガスをそれぞれ望ましい還元性ガスおよび酸化性ガスに容易に維持することができる。
(2)SOFC起動用のバーナに、燃料となる第1の流体および酸化剤となる第2の流体を供給するのに加えて、燃焼に対して不活性な第3の流体を所定の流量で供給することから、バーナの発熱量(燃料の流量)と混合気の流速を独立して制御することができる。
(3)起動用バーナの発熱量(燃料の流量)とバーナ材を通過する混合気の流速を独立して制御できることから、バーナの安定した燃焼を維持しながら最適な加熱をすることができ、その結果、SOFCモジュールを従来よりも短時間で起動することができる。
[Effect of the embodiment]
According to the above embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) In addition to supplying the first fluid as the fuel and the second fluid as the oxidizer to the burner for starting the SOFC, a third fluid that is inert to combustion is supplied at a predetermined flow rate. Since the supply ratio does not affect the equivalence ratio in the air-fuel mixture, the combustion gas of the anode burner and the combustion gas of the cathode burner can be easily maintained at the desired reducing gas and oxidizing gas, respectively.
(2) In addition to supplying the first fluid as the fuel and the second fluid as the oxidizer to the burner for starting SOFC, a third fluid that is inert to combustion is supplied at a predetermined flow rate. Since supplying, the calorific value (fuel flow rate) of the burner and the flow rate of the air-fuel mixture can be controlled independently.
(3) Since the calorific value (fuel flow rate) of the starting burner and the flow rate of the air-fuel mixture passing through the burner material can be controlled independently, optimal heating can be performed while maintaining stable combustion of the burner, As a result, the SOFC module can be started in a shorter time than before.
以下に、本発明による効果を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The effects of the present invention will be described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1〜3および比較例1〜2)
起動試験用のSOFCモジュールとして、前述した実施の形態のSOFCモジュール100(図1参照),200(図2参照),300(図3参照)を用意した。各SOFCモジュールを用いて、室温から運転温度(900〜1000℃)まで昇温する起動試験を行い、起動に掛かる時間を計測した。なお、昇温試験は、昇温時の熱衝撃または過大な温度勾配によるSOFCモジュールの損傷を防止するため、セル容器1の内部に設置した複数の温度センサの温度差が約100℃以下となるように、起動用バーナ22,26に供給するメタンガス(第1の流体)の流量を制御して行った。
(Examples 1-3 and Comparative Examples 1-2)
As SOFC modules for the start-up test, the SOFC modules 100 (see FIG. 1), 200 (see FIG. 2), and 300 (see FIG. 3) of the above-described embodiment were prepared. Using each SOFC module, a start-up test was performed in which the temperature was raised from room temperature to the operating temperature (900 to 1000 ° C.), and the time required for start-up was measured. In the temperature increase test, in order to prevent damage to the SOFC module due to thermal shock at the time of temperature increase or an excessive temperature gradient, the temperature difference between the plurality of temperature sensors installed in the cell container 1 is about 100 ° C. or less. As described above, the flow rate of the methane gas (first fluid) supplied to the starting
SOFCモジュール100を用い、前述した第1の実施の形態に沿って昇温した起動試験を実施例1とした。SOFCモジュール200を用い、前述した第2の実施の形態に沿って昇温した起動試験を実施例2とした。SOFCモジュール300を用い、前述した第3の実施の形態に沿って昇温した起動試験を実施例3とした。
A start-up test using the
一方、SOFCモジュール100を用い、第3の流体を供給しないで昇温した起動試験を比較例1とした。また、SOFCモジュール300を用い、第3の流体を供給しないで昇温した起動試験を比較例2とした。
On the other hand, a start-up test in which the temperature was raised without supplying the third fluid using the
起動試験の結果、実施例1〜3は、10〜12時間という短時間で運転温度(900〜1000℃)まで安定して昇温することができた。これは、本発明における「起動用バーナの発熱量と混合気の流速を独立して制御し、バーナの安定した燃焼を維持しながら最適な加熱ができる」ことによる効果と考えられる。これに対し、比較例1〜2では、35〜40時間という長時間を要した。起動用バーナに第3の流体を供給しないことから、バーナが逆火と考えられる異常燃焼が発生しやすく、一方、バーナ材を通過する混合気の流速を確保するために混合気流量を増大させると、過剰発熱のために過大な温度勾配を形成しやすかったことから、バーナ燃焼を間欠的に行う必要があった。このため、一定した加熱・昇温を行うことができず、長時間を要した。 As a result of the start-up test, Examples 1 to 3 were able to stably raise the temperature to the operating temperature (900 to 1000 ° C.) in a short time of 10 to 12 hours. This is considered to be an effect of the present invention that “the heating value of the starting burner and the flow rate of the air-fuel mixture can be controlled independently and optimum heating can be performed while maintaining stable combustion of the burner”. In contrast, Comparative Examples 1 and 2 required a long time of 35 to 40 hours. Since the third fluid is not supplied to the starting burner, the burner is likely to generate abnormal combustion that is considered to be a backfire, while the flow rate of the air-fuel mixture is increased in order to ensure the flow rate of the air-fuel mixture passing through the burner material. Since it was easy to form an excessive temperature gradient due to excessive heat generation, it was necessary to perform burner combustion intermittently. For this reason, constant heating / heating could not be performed, and a long time was required.
100,200,300…固体酸化物型燃料電池モジュール、
1…セル容器、2…カソード容器、3…アノード容器、4…断熱材、
5…カソード室、6…アノード室、7…発電用空気配管、8…発電用燃料配管、
9…電気良導体、10…単セル、
11…カソード集電極、12…カソード電極、13…アノード集電極、14…アノード電極、
15,21…バーナ配管室、16,22…混合室、17,23…バーナ材、
18,24…表面温度センサ、19,25…裏面温度センサ、
20…カソードバーナ、26…アノードバーナ、
27,29…燃料配管、28,30…空気配管、
31,51…窒素配管、41…給水管、42…ミスト発生器。
100, 200, 300 ... Solid oxide fuel cell module,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cell container, 2 ... Cathode container, 3 ... Anode container, 4 ... Thermal insulation,
5 ... Cathode chamber, 6 ... Anode chamber, 7 ... Air piping for power generation, 8 ... Fuel piping for power generation,
9 ... good electrical conductor, 10 ... single cell,
11 ... Cathode collector electrode, 12 ... Cathode electrode, 13 ... Anode collector electrode, 14 ... Anode electrode,
15,21 ... Burner piping chamber, 16,22 ... Mixing chamber, 17,23 ... Burner material,
18, 24 ... surface temperature sensor, 19, 25 ... back surface temperature sensor,
20 ... Cathode burner, 26 ... Anode burner,
27, 29 ... fuel piping, 28, 30 ... air piping,
31, 51 ... Nitrogen piping, 41 ... Water supply pipe, 42 ... Mist generator.
Claims (11)
前記アノードバーナおよび前記カソードバーナは表面燃焼バーナであり、
前記アノードバーナおよび前記カソードバーナでの燃焼において、前記アノードバーナまたは前記カソードバーナの少なくともどちらか一方に対し、燃料となる第1の流体および酸化剤となる第2の流体を供給するのに加えて、前記第1および前記第2の流体と異なり燃焼に対して不活性な第3の流体を所定の流量で供給して、前記第1の流体の流量と、前記第1および前記第2の流体を含む混合気の流速とを独立して制御することを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法。 A method for starting a solid oxide fuel cell module including an anode burner and a cathode burner for starting a fuel cell module,
The anode burner and the cathode burner are surface combustion burners;
In the combustion in the anode burner and the cathode burner, in addition to supplying the first fluid as the fuel and the second fluid as the oxidant to at least one of the anode burner and the cathode burner. , wherein the first and the second to the fluid and different Ri combustion by supplying an inert third fluid at a predetermined flow rate, and the flow rate of the first fluid, the first and the second A starting method for a solid oxide fuel cell module, wherein the flow rate of an air-fuel mixture containing fluid is controlled independently .
前記第3の流体として不活性ガスを用い、第1の流体に対して1.5倍以上5倍以下の流量比で供給することを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法。 In the starting method of the solid oxide fuel cell module according to claim 1,
A method for starting a solid oxide fuel cell module, wherein an inert gas is used as the third fluid, and the first fluid is supplied at a flow rate ratio of 1.5 to 5 times.
前記第3の流体としてミストを用い、第1の流体の流量1NL/minに対して0.68 g/min以上2.3 g/min以下の流量で供給することを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法。 In the starting method of the solid oxide fuel cell module according to claim 1,
A solid oxide fuel cell module characterized in that mist is used as the third fluid and is supplied at a flow rate of 0.68 g / min to 2.3 g / min with respect to the flow rate of 1 NL / min of the first fluid. starting method.
前記アノードバーナの燃焼ガス組成が還元雰囲気であり、かつ前記カソードバーナの燃焼ガス組成が酸化雰囲気であることを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法。 In the starting method of the solid oxide fuel cell module according to any one of claims 1 to 3,
A starting method for a solid oxide fuel cell module, wherein the combustion gas composition of the anode burner is a reducing atmosphere, and the combustion gas composition of the cathode burner is an oxidizing atmosphere.
前記アノードバーナに供給する混合気の等量比が1.0〜1.2であり、かつ前記カソードバーナに供給する混合気の等量比が0.4〜0.7であることを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュールの起動方法。 In the starting method of the solid oxide fuel cell module according to claim 4,
A solid oxide fuel cell module characterized in that an equivalence ratio of an air-fuel mixture supplied to the anode burner is 1.0 to 1.2 and an equivalence ratio of an air-fuel mixture supplied to the cathode burner is 0.4 to 0.7 How to start.
前記アノードバーナおよび前記カソードバーナは表面燃焼バーナであり、
前記アノードバーナまたは前記カソードバーナの少なくともどちらか一方に対し、燃料となる第1の流体および酸化剤となる第2の流体を供給する装置に加えて、前記第1および前記第2の流体と異なり燃焼に対して不活性な第3の流体を供給して、前記第1の流体の流量と、前記第1および前記第2の流体を含む混合気の流速とを独立して制御する装置を具備することを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュール。 A solid oxide fuel cell module including an anode burner and a cathode burner for starting a fuel cell module,
The anode burner and the cathode burner are surface combustion burners;
In addition to a device for supplying a first fluid as a fuel and a second fluid as an oxidant to at least one of the anode burner and the cathode burner, the first burner is different from the first and second fluids. A device that supplies a third fluid that is inert to combustion and independently controls the flow rate of the first fluid and the flow rate of the air-fuel mixture containing the first and second fluids. A solid oxide fuel cell module comprising:
前記第3の流体が不活性ガスであることを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュール。 The solid oxide fuel cell module according to claim 6, wherein
The solid oxide fuel cell module, wherein the third fluid is an inert gas.
前記不活性ガスが前記第1の流体に対して1.5倍以上5倍以下の流量比で供給される機構を有することを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュール。 The solid oxide fuel cell module according to claim 7,
A solid oxide fuel cell module comprising a mechanism in which the inert gas is supplied to the first fluid at a flow rate ratio of 1.5 to 5 times.
前記第3の流体がミストであることを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュール。 The solid oxide fuel cell module according to claim 6, wherein
The solid oxide fuel cell module, wherein the third fluid is mist.
前記ミストを発生させる手段としてのスプレイ装置または超音波振動装置を具備することを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュール。 The solid oxide fuel cell module according to claim 9, wherein
A solid oxide fuel cell module comprising a spray device or an ultrasonic vibration device as means for generating the mist.
前記ミストが前記第1の流体の流量1NL/minに対して0.68 g/min以上2.3 g/min以下の流量で供給される機構を有することを特徴とする固体酸化物型燃料電池モジュール。 The solid oxide fuel cell module according to any one of claims 9 to 10,
A solid oxide fuel cell module having a mechanism in which the mist is supplied at a flow rate of 0.68 g / min to 2.3 g / min with respect to a flow rate of 1 NL / min of the first fluid.
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