JP5189290B2 - 一体型の燃料電池スタック及び触媒燃焼器装置、アセンブリ、及び使用方法 - Google Patents
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Description
例示的な構造
一体化された燃料電池スタック及び触媒燃焼器は、概して、管状燃料電池アセンブリ内に配置された触媒燃焼器を含み、前記管状燃料電池アセンブリは、管状燃料電池上に空気極空気プレナムをもたらす空気極空気プロファイリング外板によって包囲されている。一体化された燃料電池スタック及び触媒燃焼器の外観については図1を参照して説明し、燃料電池スタックアセンブリについては図2を参照して説明し、そして触媒燃焼器については図3を参照して説明する。
例示的な実施態様と動作
図4に示すように、燃料と酸化剤は、一体化された燃料電池スタック及び触媒燃焼器(100)の近位端(150)に導入される。燃料は、触媒燃焼器(300)と燃料電池スタック(210)との間に画定されている燃料チャネル(400)によって搬送され、一方、酸化剤は、空気極空気プロファイリング外板(110)により搬送されプロファイルが作成される。燃料と酸化剤は、燃料電池スタック(210)にわたって、電気化学反応に付される。過剰の空気極空気、燃料及び反応副生物は、一体化された燃料電池スタック及び触媒燃焼器(100)の遠位端(130)へと搬送される。過剰の空気極空気の一部は、過剰空気極空気ルータ(120)によって、一体化された燃料電池スタック及び触媒燃焼器(100)から送り出される。過剰の燃料並びに電気化学反応の副生物は、燃焼器外板(310、図3)内に配置された経路(320、図3)及びフレームアレスタ(図3Bの325)を経由して、燃料チャネル(400)から触媒燃焼器(300)へと搬送される。フレームアレスタは、火炎前面が燃料電池スタックアセンブリ(200)に入るのを防ぐ他に、燃料極排出経路シールとして機能する。さらに、フレームアレスタは、ろう付け部を介して、燃料電池スタック(210)上に配置されている燃料電池(220)から負極接続を受け取り、燃料電池スタックアセンブリ(200)と触媒燃焼器(300)とを電気的に接続する。この接続によって、燃料電池スタックアセンブリ(200、図2)の両発電平面が並列に接続される。
製造
一体型の燃料電池スタック及び触媒燃焼器アセンブリ(600、図6)の構成要素は、型打ち、圧延、打ち抜き、及び他の従来の機械加工のような周知の方法を利用して構成することができる。さらに、構成要素は、必要に応じて、フェライト系ステンレス鋼、セラミックス、及び/又は粉末金属から作製することができる。
代替実施形態
図10に示すように、流れ最適化のために、さらなる圧力バランスを促進するように、空気極空気プロファイリング外板(110)の上に、第2又は中間のプロファイリング外板(1000)を追加することができる。第2の外板を使用すれば、外板と外板の間隔、並びに各外板内の入口穴と出口穴との間の流れの長さによって、空気極空気入口位置の圧力バランスを達成することができる。
Claims (14)
- 一体型の燃料電池スタック及び触媒燃焼器装置(100)であって、
該装置の近位端(150)と前記装置において前記近位端とは反対側の遠位端(130)と、
キャビティ(400)が間に画定された複数の燃料電池スタック(210)を有する燃料電池スタックアセンブリ(200)であって、
前記燃料電池スタック(210)の各々が、複数の個別の燃料電池(220)を含む、燃料電池スタックアセンブリ(200)と、
前記キャビティ(400)内に少なくとも部分的に配置された触媒燃焼器(300)であって、触媒床及び触媒点火器(340)を有する触媒燃焼器(300)と、
前記近位端(150)にある反応副生物及び過剰の燃料を含む排出物の排出口(350)と、
を含み、
前記燃料電池スタック(210)と触媒燃焼器(300)は燃料と酸化剤が前記近位端(150)に導入されて前記遠位端(130)を巡るように燃料電池スタックにわたって電気化学反応を行い、かつ前記排出物が前記近位端(150)の前記排出口(350)から除去されるように配置されていることを特徴とする、装置(100)。 - 前記燃料電池スタック(210)の周囲に配置され、燃料電池スタック(210)表面に導入される空気極空気の場所及び量を制御するように働きが最適化されている複数の穴(160)を有する空気極空気プロファイリング外板(110)、をさらに含む、請求項1に記載の装置。
- 一体型の燃料電池スタック及び触媒燃焼器アセンブリ(600)であって、
請求項1または2のいずれか1項に記載の複数の前記一体型の燃料電池スタック及び触媒燃焼器装置(100)とフレーム(700)とを備え、
少なくとも1つの一体化された燃料電池スタック及び触媒燃焼器(100)が前記フレーム(700)に接続されており、
個別の燃料電池(220)が、燃料極、空気極及び電解質をそれぞれ有しており、
燃料チャネルが前記触媒燃焼器(300)と前記燃料電池スタック(210)との間の空間内に画定されており、
前記触媒燃焼器(300)が触媒床及び触媒点火器(340)とを含み、過剰空気極空気ルータ(120)が前記燃料電池スタックアセンブリの前記近位端(150)に接続されていることを特徴とする、アセンブリ。 - 前記フレーム(700)に接続された、複数の一体化された燃料電池スタック及び触媒燃焼装置(100)をさらに含む、請求項3に記載のアセンブリ。
- 点火器ワイヤアセンブリ(640)をさらに含み、前記点火器ワイヤアセンブリ(640)、前記過剰空気極空気ルータ(120)、前記一体化された燃料電池スタック及び触媒燃焼器(100)の電気化学的不活性セラミック部分、前記触媒コア(300)、及び空気極空気プロファイリング外板(110)が、燃料電池(220)からの電気経路をもたらすと共に、さらに前記空気極空気プロファイリング外板(110)が、電気化学的活性表面を包囲することができる、請求項4に記載のアセンブリ。
- 前記フレーム(700)が、電気経路を完結させるアースとして機能する、請求項5に記載のアセンブリ。
- 前記触媒床が、前記触媒燃焼器(300)の遠位端(130)と近位端(150)との間で触媒床の粒径を変化させることにより、流れ方向における触媒床の充填率が段階的に低くなるに変化する触媒プロファイルを有する、請求項3に記載のアセンブリ。
- 前記個別の燃料電池(220)が、該個別の燃料電池(220)内に燃料極(410)をもち、個別の燃料電池(220)の最も外側面に空気極(420)があるように積層された電極材料を有する、請求項3に記載のアセンブリ。
- 前記請求項1または3に記載の一体型の燃料電池スタック及び触媒燃焼器装置(100)を用いて電気を生成する方法であって、
触媒燃焼器(300)と複数の燃料電池スタック(210)とを有する一体型の燃料電池スタック及び触媒燃焼器装置(100)であって、それぞれが複数の個別の燃料電池含む一体型の燃料電池を提供すること、
空気極空気を前記燃料電池スタック及び触媒燃焼器装置(100)に導入すること、
前記触媒燃焼器(300)において燃料を燃焼させること、
スタートアップ時のみにおいて触媒燃焼点火ワイヤ(330)を活性化して触媒燃焼器(300)における触媒床を加熱すること、
前記一体型の燃料電池スタック及び触媒燃焼器装置(100)を導入すること、
触媒燃焼器(300)で燃料を燃焼させること、
触媒燃焼器(300)の触媒コアが触媒活動温度に到達したとき前記触媒燃焼点火ワイヤ(330)への電力を遮断すること、
前記燃料と空気極空気との電気化学反応を誘導すること、
前記電気化学反応によって生じる温度勾配プロファイルを正規化すること、
高温過剰空気極空気と前記電気化学反応の副産物を排出すること及び前記正規化すること及び前記排出された物質を用いて進入する空気極空気を過熱すること、
を包含する方法。 - 前記空気極空気と燃料が前記一体型の燃料電池スタック及び触媒燃焼器装置(100)の近位端(150)に導入されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記触媒燃焼器(300)からの排出物が前記一体型の燃料電池スタック及び触媒燃焼器装置(100)の近位端(150)における排出口(350)から除去される、請求項9に記載の方法。
- 前記電気化学反応によって生じた温度勾配プロファイルを正規化するステップが不活用の燃料を燃焼させること、及び対向流れ配置において前記触媒燃焼器(300)の過剰空気極空気を残し、前記電気化学反応によって確立されたものと対向する熱発生プロファイルを確立することを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記燃料電池スタック(210)から排出される不活用の燃料が、前記一体型の燃料電池スタック及び触媒燃焼器装置(100)の遠位端(130)にあるフレームアレスタ(325)と組み合わせて燃焼器シェル(310)で画定された道管(320)を介して前記触媒燃焼器(300)に搬送される、請求項9に記載の方法。
- 前記触媒燃焼器(300)の長さに沿って、前記触媒燃焼の割合を変化させることをさらに含む、請求項9に記載の方法。
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