JP6001625B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
先ず、本発明に係る燃料電池システムの実施形態(以下、「本実施形態」とも呼ぶ)に使用される固体酸化物形燃料電池(SOFC)のスタック構造体を構成する1つのセル100の一例について、図1〜図2を参照しながら説明する。
(1/2)・O2+2e−→O2− (於:空気極) …(1)
H2+O2−→H2O+2e− (於:燃料極) …(2)
次に、本実施形態の全体構成について、図3〜図6を参照しながら説明する。図3に示すように、本実施形態では、複数のセル100と、第1燃料マニホールド200と、第2燃料マニホールド300と、空気マニホールド600と、バーナ700と、改質器800と、を備える。なお、実際には、上記全ての構成部材が、図示しない耐熱容器に収容されている。
CH4+(2)H2O→CO2+4H2 …(3)
以上、説明したシステムの定常運転状態(即ち、セル100の温度がT1近傍に維持され、且つ、改質器800の温度がT3近傍に維持された状態)では、図4〜図6に示すように、スタック構造体に対して燃料ガス(水素)及び「空気」が流通される。具体的には、被改質ガス(具体的には、メタンCH4)、並びに、水又は水蒸気が、導入管810から改質器800に供給される。これにより、改質器800内で、被改質ガスが水蒸気改質反応によって改質されて、燃料ガス(具体的には、水素H2)が生成される(上記(3)式を参照)。生成された燃料ガスは、排出管820、流入管210、及び、第1燃料マニホールド200の前記第1内部空間を介して、各セル100のガス流路11に供給されて、上述した発電反応(上記(2)式を参照)に供される。
上述のように、本実施形態において、システムを定常運転状態に維持するためには、スタック構造体を作動温度T1まで加熱し、且つ、改質器800を作動温度T3まで加熱する必要がある。以下、常温のスタック構造体及び改質器800の加熱を開始してから、スタック構造体及び改質器800の両方の温度が対応する作動温度T1及びT3にそれぞれ達した状態が得られるまでの期間を「起動時」と呼ぶ。
Claims (4)
- それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿う燃料ガス流路が形成された平板状の支持基板と、前記支持基板に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質膜、及び空気極が積層されてなる発電素子部と、を含む複数の燃料電池セルと、
第1内部空間を有する第1燃料マニホールドであって、前記各セルが第1燃料マニホールドの上壁から上方に向けて前記長手方向に沿ってそれぞれ突出するように、且つ、上方から見たとき、前記各セルが第1方向に沿ってそれぞれ延在し且つ前記複数のセルが前記第1方向と直角の第2方向に沿って互いに離れてスタック状に整列するように、且つ、前記第1内部空間と前記複数のセルの前記燃料ガス流路のそれぞれの燃料ガス流入側端部とが連通するように、前記各セルの前記支持基板の前記長手方向における燃料ガス流入側端部を前記上壁に対して接合・支持する第1燃料マニホールドと、
第2内部空間を有する第2燃料マニホールドであって、前記各セルが第2燃料マニホールドの下壁から下方に向けて前記長手方向に沿ってそれぞれ突出するように、且つ、下方から見たとき、前記各セルが前記第1方向に沿ってそれぞれ延在し且つ前記複数のセルが前記第2方向に沿って互いに離れてスタック状に整列するように、且つ、前記第2内部空間と前記複数のセルの前記燃料ガス流路のそれぞれの燃料ガス排出側端部とが連通するように、前記各セルの前記支持基板の前記長手方向における燃料ガス排出側端部を前記下壁に対して接合・支持する第2燃料マニホールドと、
前記スタック状に整列する前記複数のセルに対して前記第1方向における第1側に配置された空気マニホールドであって、前記隣り合うセルの間のそれぞれの空間に向けて空気を供給するための供給孔であって前記第1方向における前記第1側と反対の第2側に向けて開口する供給孔、を備えた空気マニホールドと、
前記スタック状に整列する前記複数のセルに対して前記第1方向における前記第2側に配置された改質器であって、供給された被改質ガスを改質して燃料ガスを生成するとともに、前記生成された燃料ガスが前記第1燃料マニホールドの前記第1内部空間に供給される改質器と、
前記スタック状に整列する前記複数のセルと前記改質器との前記第1方向の間に配置されたバーナであって、前記第2燃料マニホールドの前記第2内部空間から供給されたガスの燃焼炎を前記改質器に向けて噴出するための火口であって前記第1方向における前記第2側に向けて開口する火口、を備えたバーナと、
を備えた、燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記バーナは、前記複数のセルの前記第1方向における前記第2側の側端面を覆うように上下方向及び前記第2方向に沿って延在する外壁を備えた、燃料電池システム。 - それぞれが、長手方向を有し且つその内部に前記長手方向に沿う燃料ガス流路が形成された平板状の支持基板と、前記支持基板に設けられ且つ少なくとも燃料極、固体電解質膜、及び空気極が積層されてなる発電素子部と、を含む複数の燃料電池セルと、
第1内部空間を有する第1燃料マニホールドであって、前記各セルが第1燃料マニホールドの上壁から上方に向けて前記長手方向に沿ってそれぞれ突出するように、且つ、上方から見たとき、前記各セルが第1方向に沿ってそれぞれ延在し且つ前記複数のセルが前記第1方向と直角の第2方向に沿って互いに離れてスタック状に整列するように、且つ、前記第1内部空間と前記複数のセルの前記燃料ガス流路のそれぞれの燃料ガス流入側端部とが連通するように、前記各セルの前記支持基板の前記長手方向における燃料ガス流入側端部を前記上壁に対して接合・支持する第1燃料マニホールドと、
第2内部空間を有する第2燃料マニホールドであって、前記各セルが第2燃料マニホールドの下壁から下方に向けて前記長手方向に沿ってそれぞれ突出するように、且つ、下方から見たとき、前記各セルが前記第1方向に沿ってそれぞれ延在し且つ前記複数のセルが前記第2方向に沿って互いに離れてスタック状に整列するように、且つ、前記第2内部空間と前記複数のセルの前記燃料ガス流路のそれぞれの燃料ガス排出側端部とが連通するように、前記各セルの前記支持基板の前記長手方向における燃料ガス排出側端部を前記下壁に対して接合・支持する第2燃料マニホールドと、
前記スタック状に整列する前記複数のセルに対して前記第1方向における第1側に配置された空気マニホールドであって、前記隣り合うセルの間のそれぞれの空間に向けて空気を供給するための供給孔であって前記第1方向における前記第1側と反対の第2側に向けて開口する供給孔、を備えた空気マニホールドと、
前記スタック状に整列する前記複数のセルに対して前記第1方向における前記第2側に配置された改質器であって、供給された被改質ガスを改質して燃料ガスを生成するとともに、前記生成された燃料ガスが前記第1燃料マニホールドの前記第1内部空間に供給される改質器と、
前記改質器に対して前記第1方向における前記第2側に配置されたバーナであって、前記第2燃料マニホールドの前記第2内部空間から供給されたガスの燃焼炎を前記改質器に向けて噴出するための火口であって前記第1方向における前記第1側に向けて開口する火口、を備えたバーナと、
を備え、
前記バーナと前記改質器との前記第1方向の間には、空間が設けられている、
燃料電池システム。 - 請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、
前記改質器は、前記複数のセルの前記第1方向における前記第2側の側端面を覆うように上下方向及び前記第2方向に沿って延在する外壁を備えた、燃料電池システム。
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