JP5400141B2 - 熱交換機を備える固体酸化物燃料電池システム - Google Patents
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Description
(i) ハウジング、
(ii) 燃料電池フレーム、複数の燃料極が第1の表面上に配置され、複数の空気極が第1の表面と表裏をなす第2の表面上に配置された、第1のプレーナ型電解質シートを有する第1の電極アセンブリ、及び、複数の燃料極が第1の表面上に配置され、複数の空気極が第1の表面と表裏をなす第2の表面上に配置された、第2のプレーナ型電解質シートを有する第2の電極アセンブリ、を有する少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケット、ここで、燃料電池フレームは、第1及び第2の電極アセンブリのそれぞれが互いに隔てられるように、また第1及び第2の電解質シートのそれぞれの第1の表面が互いに面し、燃料極チャンバを定めるように、第1及び第2の電極アセンブリを支持し、燃料電池フレームはさらに、燃料極チャンバと流体が通じる燃料流入口を定める、及び
(iii)それぞれが一対の対向して隔てられた側壁をもつ構体を有する複数のモジュール型酸化剤熱交換パケット、ここで、構体はさらに、内部空間、内部空間と通じる酸化剤流入口、及び内部空間と通じる少なくとも1つの流出口を定める、
を備え、
ハウジングは少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケット及び複数のモジュール型熱交換パケットを支持し、複数のモジュール型熱交換パケットの内の一対のモジュール型熱交換パケットが対向して隔てられて配置されて、間に酸化剤チャンバを定め、少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケットの内の1つのモジュール型燃料電池パケットが一対のモジュール型熱交換パケットに対して隔てられた関係で酸化剤チャンバ内に配置され、一対のモジュール型燃料電池パケットの流出口は酸化剤チャンバと流体が通じる。
(i) 初めに、(熱は燃料の酸素イオンとの反応によりモジュール型燃料電池パケットの電解質シートに沿って発生して)燃料電池パケットから燃料電池パケット200と熱交換パケット300の間にある空気−すなわち、それぞれの熱交換パケットに面する燃料電池パケットのそれぞれの空気極側に沿う酸化剤チャンバ内の空気−に放射で伝達され,
(ii) 熱交換パケット300の壁面全体にわたって伝導で拡散し、次いで
(iii)最終的に対流及び/または気相伝導によって入り空気に伝達される。
100 ハウジング
200 モジュール型燃料電池パケット
202 燃料電池パケットフレーム
203 ステンレス鋼シート
204 燃料流入口
206 燃料流出口
210 燃料電池デバイス(電極アセンブリ)
212 電解質シート
214 燃料極
216 空気極
220 燃料極チャンバ(燃料チャンバ)
300 モジュール型酸化剤熱交換パケット
302 モジュール型酸化剤熱交換パケット側壁
304 モジュール型酸化剤熱交換パケット内部空間(熱交換キャビティ)
306 酸化剤流入口
308 酸化剤流出口
310 酸化剤チャンバ
310A 空気極反応チャンバ
Claims (15)
- モジュール型固体酸化物燃料電池システムにおいて、
ハウジング、
少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケットであって、
燃料電池フレームと、
第1のプレーナ型電解質シートであって、複数の燃料極が前記第1の電解質シートの第1の表面上に配置され、複数の空気極が前記第1の電解質シートの、前記第1の表面と表裏をなす、第2の表面上に配置されている、第1のプレーナ型電解質シートを有する第1の電極アセンブリと、
第2のプレーナ型電解質シートであって、複数の燃料極が前記第2の電解質シートの第1の表面上に配置され、複数の空気極が前記第2の電解質シートの、前記第1の表面と表裏をなす、第2の表面上に配置されている、第2のプレーナ型電解質シートを有する第2の電極アセンブリと、
を有し、
前記燃料電池フレームが前記第1の電極アセンブリ及び前記第2の電極アセンブリのそれぞれが互いに隔てられるように、また前記第1の電解質シート及び前記第2の電解質シートのそれぞれの前記第1の表面が互いに面し、燃料極チャンバを定めるように、前記第1の電極アセンブリ及び前記第2の電極アセンブリを支持し、前記燃料電池フレームがさらに前記燃料極チャンバと流体が通じる燃料流入口を定める、
少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケット、及び
複数のモジュール型酸化剤熱交換パケットであって、前記熱交換パケットのそれぞれが一対の対向して隔てられた側壁をもつ構体を有し、前記構体がさらに、内部空間、前記内部空間と通じる酸化剤流入口及び前記内部空間と通じる少なくとも1つの流出口を定める、複数のモジュール型酸化剤熱交換パケット、
を備え、
前記ハウジングが前記少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケット及び前記複数のモジュール型熱交換パケットを支持し、前記複数のモジュール型熱交換パケットの内の一対のモジュール型熱交換パケットが対向して隔てられて配置されて、間に酸化剤チャンバを定め、前記少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケットの内の1つのモジュール型燃料電池パケットが前記一対のモジュール型熱交換パケットに対して隔てられた関係で前記酸化剤チャンバ内に配置され、前記一対のモジュール型燃料電池パケットの前記流出口は前記酸化剤チャンバと流体が通じる、
ことを特徴とするモジュール型固体酸化物燃料電池システム。 - ‘n’個の前記モジュール型燃料電池パケット及び‘n+1’個の前記モジュール型酸化剤熱交換パケットを備え、‘n’が少なくとも2であることを特徴とする請求項1に記載のモジュール型固体酸化物燃料電池システム。
- 前記一対の対向して隔てられた側壁が前記少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケットから放出される熱を放射熱伝導で受け取り、前記一対の対向して隔てられた側壁が前記熱交換パケットの前記内部空間を流過している酸化剤を予備加熱することを特徴とする請求項1に記載のモジュール型固体酸化物燃料電池システム。
- 前記複数のモジュール型熱交換パケットが打抜き成形金属を有することを特徴とする請求項1に記載のモジュール型固体酸化物燃料電池システム。
- 前記モジュール型熱交換パケットのそれぞれ及び前記少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケットが対向して、0.5mm〜7mm隔てられて、配置されることを特徴とする請求項1に記載のモジュール型固体酸化物燃料電池システム。
- 発電のための方法において、
モジュール型固体酸化物燃料電池システムであって、
ハウジング、
少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケットであって、
燃料電池フレームと、
第1のプレーナ型電解質シートであって、複数の燃料極が前記第1の電解質シートの第1の表面上に配置され、複数の空気極が前記第1の電解質シートの、前記第1の表面と表裏をなす、第2の表面上に配置されている、第1のプレーナ型電解質シートを有する第1の電極アセンブリと、
第2のプレーナ型電解質シートであって、複数の燃料極が前記第2の電解質シートの第1の表面上に配置され、複数の空気極が前記第2の電解質シートの、前記第1の表面と表裏をなす、第2の表面上に配置されている、第2のプレーナ型電解質シートを有する第2の電極アセンブリと、
を有し、
前記燃料電池フレームが前記第1の電極アセンブリ及び前記第2の電極アセンブリのそれぞれが互いに隔てられるように、また前記第1の電解質シート及び前記第2の電解質シートのそれぞれの前記第1の表面が互いに面し、燃料極チャンバを定めるように、前記第1の電極アセンブリ及び前記第2の電極アセンブリを支持し、前記燃料電池フレームがさらに前記燃料極チャンバと流体が通じる燃料流入口を定める、
少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケット、及び
複数のモジュール型酸化剤熱交換パケットであって、前記熱交換パケットのそれぞれが一対の対向して隔てられた側壁をもつ構体を有し、前記構体がさらに、内部空間、前記内部空間と通じる酸化剤流入口及び前記内部空間と通じる少なくとも1つの流出口を定める、複数のモジュール型酸化剤熱交換パケット、
を備えるモジュール型固体酸化物燃料電池システムを提供する工程、
前記複数のモジュール型酸化剤熱交換パケットの内の少なくとも2つを、互いに隔てられた関係で、前記ハウジング内に配置する工程、
前記少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケットの1つを前記ハウジング内で、前記少なくとも2つのモジュール型酸化剤熱交換パケットの間に、配置する工程、ここで前記少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケットは前記少なくとも2つのモジュール型酸化剤熱交換パケットのそれぞれと隔てられた関係にある、
前記モジュール型酸化剤熱交換パケットの少なくとも1つの前記酸化剤流入口に酸化剤流を供給する工程、及び
前記少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケットの前記燃料流入口に燃料流を供給する工程、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記酸化剤流が、前記少なくとも1つのモジュール型酸化剤熱交換パケットの前記内部空間を通過し、前記少なくとも1つのモジュール型酸化剤熱交換パケットの前記流出口を通過して、前記少なくとも1つのモジュール型酸化剤熱交換パケットと前記少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケットの間に定められる酸化剤チャンバに流入し、前記燃料流が、前記燃料流入口を通過して前記少なくとも1つの燃料電池パケットの前記燃料極チャンバに流入し、前記方法が前記少なくとも1つのモジュール型酸化剤熱交換パケットと前記少なくとも1つのモジュール型燃料電池パケットの間に定められる前記酸化剤チャンバと通じている少なくとも前記電解質シートに沿って電気化学反応をおこさせる工程をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記電気化学反応が熱エネルギーを発生し、前記方法が前記少なくとも1つのモジュール型熱交換パケットに前記熱エネルギーの少なくとも一部を熱伝達する工程をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのモジュール型熱交換パケットに伝達された前記熱エネルギーの少なくとも一部を用いて前記酸化剤流を所定の温度に予備加熱する工程をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記所定の温度が700℃より高いことを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記所定の温度が700℃から800℃の範囲にあることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記酸化剤流を前記酸化剤流入口に供給する工程に先立って前記酸化剤流を予備加熱する工程をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記酸化剤が酸素含有空気を含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記燃料が水素ガスを含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記モジュール型固体酸化物燃料電池システムが‘n’個の前記モジュール型燃料電池パケット及び‘n+1’個の前記モジュール型酸化剤熱交換パケットを備え、‘n’が少なくとも2であることを特徴とする請求項6に記載の方法。
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