JP6522013B2 - 固体酸化物燃料電池システムにおける非常停止または停電時のスタック保護方法 - Google Patents
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Description
燃料電池は、負極(燃料極、anode)、電解質(electrolyte)、正極(空気極、cathode)から構成された単位セルを積層したスタックにおいて、正極には空気を、負極には水素含有ガスを供給すると、これらが反応して電気と熱が発生する。
本発明のまた他の目的は、SОFC燃料電池の稼働中、予期せぬ運転中断時、負極に水蒸気を供給可能な装置を提供することにある。
2 スタック排出ガスと燃料ガス及び空気間の熱交換設備
3 スタック排出ガスの燃焼/冷却器
4 燃料ガスの加湿/改質器
5 空気加熱器
6 燃料ガスの補助加湿器
7 スタックと補助加湿器の水の気化する部分を断熱するホットボックス
8 水供給用及び燃料ガス水中飽和溶解用の貯蔵タンク
11 燃料ガス供給源
12 燃料ガスの補助加湿器への供給
13 補助加湿器において加湿されて排出される燃料ガスを加湿/改質/加熱器に供給
15 スタックに供給される改質された水素含有燃料ガス
16 スタックから排出される廃燃料ガス
21 空気供給源
25 スタックに供給される加熱空気
26 スタックから排出される廃空気
31 スタックから排出される廃燃料ガスと廃空気の混合物
32 スタック排出ガスの燃焼/冷却後の放出
41 水供給源
42 燃料ガスの加湿/改質器に定量供給される水
43 補助加湿器に少量供給される水
51 燃料定量供給ポンプ
52 空気定量供給ポンプ
53 水貯蔵タンク供給ポンプ
54 水を貯蔵タンクから加湿/改質器に提供供給するポンプ
61 非常時の燃料ガス供給遮断弁
62 水貯蔵タンクへの水供給遮断弁
63 非常時、燃料ガス加湿/改質器への水供給遮断弁
64 水を補助加湿器に微量供給するための流量制限装置
65 水貯蔵タンクの水位制御装置
71 燃料ガスの水中へのバブリングチューブ
Claims (19)
- 燃料電池スタックと一緒にホットボックスに定置され、水貯蔵タンクとの水位差により、燃料ガスを含む前記水貯蔵タンクから前記燃料ガスを含む水を供給され、供給された前記燃料ガスを含む水を気化させ、非常時のみならず、正常運転時も、前記燃料電池スタックの負極に気化した水と前記燃料ガスを供給する補助気化器が設置されたことを特徴とする燃料電池。
- 前記燃料電池が、高温で運転される固体酸化物燃料電池(SОFC)であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
- 前記SОFCが、前記燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックと前記補助気化器が定置されて断熱される前記ホットボックスと、前記燃料電池スタックから排出されるスタック排出ガスが、空気及び水を含む燃料ガスと熱交換する前処理機と、前記前処理機に前記水を供給する前記水貯蔵タンクと、空気を供給する空気供給源と、前記燃料ガスを供給する燃料供給源と、を有することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。
- 前記燃料ガスが、前記燃料供給源から供給され、前記補助気化器を経由して気化した前記水と一緒に前記前処理機に供給されることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池。
- 前記燃料ガスが、前記燃料供給源から供給され、前記水貯蔵タンクを経由した後、前記補助気化器を経由することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池。
- 前記水貯蔵タンクから供給された前記水には、前記燃料ガスが溶けていることを特徴とする請求項1または5に記載の燃料電池。
- 前記燃料ガスが、バブリングにより前記水を通過し、または前記水がスプレーされ、前記水に前記燃料ガスが溶解されることを特徴とする請求項6に記載の燃料電池。
- 前記補助気化器が、前記燃料電池スタックに隣接して設置され、前記燃料電池スタックにより加熱されることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池。
- 前記水貯蔵タンクと前記補助気化器との間には、定量の前記水を少量で持続的に供給可能にする、流れ調節弁が設けられたことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池。
- 前記前処理機では、一側に前記燃料電池スタックから排出された前記スタック排出ガスが流入した後、スタック排出ガスチャンネルから他側に流出され、他側に空気と水を含む前記燃料ガスがそれぞれ流入し、空気チャンネルと燃料ガスチャンネルからそれぞれ一側に流出されながら、スタック排出ガスと相互熱交換することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池。
- 前記燃料ガスチャンネルの内部には、改質触媒が設けられることを特徴とする請求項10に記載の燃料電池。
- ホットボックス内に燃料電池スタックと一緒に、燃料ガスを含む水貯蔵タンクから前記燃料ガスを含む水が供給される補助気化器を設置し、前記補助気化器に前記水貯蔵タンクの水位差を用いて前記燃料ガスを含む水を供給し、前記燃料ガスを含む水を気化させ、非常時のみならず、正常運転時も、前記燃料電池スタックの負極に気化した水と前記燃料ガスを供給することを特徴とする燃料電池の運転方法。
- 前記水貯蔵タンクに前記燃料ガスを溶解させ、前記補助気化器に供給することを特徴とする請求項12に記載の燃料電池の運転方法。
- 前記水貯蔵タンクから前記補助気化器に供給される前記水の流量を流れ調節装置を用いて調節することを特徴とする請求項12または13に記載の燃料電池の運転方法。
- 燃料ガスが前記燃料電池補助気化器を経由して前記燃料電池スタックに供給されることを特徴とする請求項12または13に記載の燃料電池の運転方法。
- 非常停止時、前記水貯蔵タンクから前記補助気化器に水位差により前記水が供給され、供給された前記水は、高温の前記燃料電池スタックにより気化した後、前記燃料電池スタックの負極に供給されることを特徴とする請求項12または13に記載の燃料電池の運転方法。
- 燃料ガスを含む水貯蔵タンクよりも低い位置に設置され、非常停止時、燃料ガスを含む前記水貯蔵タンクから高低差により前記燃料ガスを含む水が供給され、供給された前記燃料ガスを含む水が燃料電池スタックから伝達された熱により加熱され、前記燃料電池スタックの負極に供給されることを特徴とする補助気化器。
- 前記水貯蔵タンクから燃料ガスが溶けている前記水が供給され、非常停止時、スチームと前記燃料ガスの混合物が供給されることを特徴とする請求項17に記載の補助気化器。
- 正常運転時は、前記水貯蔵タンクを経由した前記燃料ガスが流入し、前記スチーム及び前記燃料ガスと一緒に供給されることを特徴とする請求項18に記載の補助気化器。
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