JP6982586B2 - 燃料電池カートリッジ、燃料電池モジュール及び複合発電システム - Google Patents
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Description
SOFCは、例えばガスタービンやマイクロガスタービンおよびターボチャージャ等の回転機器と組み合わせ運転圧力を高めることでより高効率の発電が可能となる。また、このような加圧システムにおいては圧縮機から吐出される圧縮空気を酸化性ガスとしてSOFCの空気極に供給するとともに、SOFCから排出される高温の排燃料ガスを、回転機器入口の燃焼器に供給して燃焼させ、燃焼器で発生した高温の燃焼ガスで回転機器を回転させることで、動力の回収を図ることができる。
固体酸化物形燃料電池を形成する複数のセルを含む複数のセルスタックを備える燃料電池カートリッジであって、
前記複数のセルスタックは、
前記複数のセルスタックが配置されるセル配置領域のうち内側領域に配置される内側セルスタック群と、
前記セル配置領域のうち前記内側領域より外側に位置する外側領域に配置される外側セルスタック群と、
を含み、
前記内側セルスタック群及び前記外側セルスタック群は、外部負荷に対して互いに直列に接続されており、
前記外側セルスタック群の電流密度が、前記内側セルスタック群の電流密度より大きくなるように構成される。
前記複数のセルスタックは、互いに等しい導電面積をそれぞれ有し、
前記外側セルスタック群は、前記内側セルスタック群に比べて少ない数の前記セルスタックを含む。
前記内側セルスタック群を構成する前記セルスタックと前記外側セルスタック群を構成する前記セルスタックとは、互いに独立した集電部材によって電気的に接続される。
前記外側セルスタック群は、前記内側セルスタック群を全周にわたって囲む。
前記外側セルスタック群は、前記内側セルスタック群の両側にそれぞれ配置される。
前記内側セルスタック群は、隣接する第1内側セルスタック群及び第2内側セルスタック群を含み、
前記第1内側セルスタック群及び第2内側セルスタック群は互いに直列に接続される。
前記セルスタックは複数の燃料電池セルを電気的に直列に接続した円筒横縞形状を有する。
前記セルスタックは扁平円筒横縞形状を有する。
上記(9)の構成の燃料電池モジュールと前記燃料電池から排気される排燃料ガスと排酸化性ガスとを用いて回転動力を生成するガスタービン又はターボチャージャとを備え、前記燃料電池モジュールには、前記回転動力を用いて圧縮された前記酸化性ガスが供給され、複数の前記セルスタックは、前記燃料ガスと前記酸化性ガスを用いて発電する。
尚、経路中に示す矢印は、経路を流れる電流の流通方向を示している。以下の各図においても、経路中に示す矢印は経路を流れる電流の流通方向を示すものとする。
Cycle:ガスタービンコンバインドサイクル発電)、MGT(Micro Gas
Turbine:マイクロガスタービン)またはターボチャージャと組み合わされて利用される複合発電システムに適用されることがある。このような複合発電システムでは、SOFCモジュールから排気される排燃料ガスと排酸化性ガスとがガスタービンの燃焼器(不図示)に供給されて高温の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスをガスタービンで断熱膨張させることにより生成される回転動力により、圧縮機を駆動して圧縮された圧縮ガスが酸化性ガスとして燃料電池モジュール10の酸化性ガス供給主管21に供給される。なお、酸化性ガスとは、酸素を略15%〜30%含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用できる。
101A 内側セルスタック群
101B 外側セルスタック群
103 基体管
105 燃料電池セル
107 インターコネクタ
109 燃料極
111 固体電解質
113 空気極
115 リード膜
201 燃料電池モジュール
203 燃料電池カートリッジ
205 圧力容器
207 燃料ガス供給管
209 燃料ガス排出管
215 発電室
217 燃料ガス供給室
219 燃料ガス排出室
221 酸化性ガス供給室
223 酸化性ガス排出室
225a 上部管板
225b 下部管板
227a 上部断熱体
227b 下部断熱体
229a 上部ケーシング
229b 下部ケーシング
231a 燃料ガス供給孔
231b 燃料ガス排出孔
233a 酸化性ガス供給孔
233b 酸化性ガス排出孔
235a 酸化性ガス供給隙間
235b 酸化性ガス排出隙間
303 扁平円筒型燃料電池カートリッジ
A1 内側領域
A2 外側領域
Claims (10)
- 固体酸化物形燃料電池を形成する複数のセルを含む複数のセルスタックを備える燃料電池カートリッジであって、
前記複数のセルスタックは、
前記複数のセルスタックが配置されるセル配置領域のうち内側領域に配置される内側セルスタック群と、
前記セル配置領域のうち前記内側領域より外側に位置する外側領域に配置される外側セルスタック群と、
を含み、
前記内側セルスタック群及び前記外側セルスタック群は、外部負荷に対して互いに直列に接続されており、
前記外側セルスタック群の電流密度が、前記内側セルスタック群の電流密度より大きくなるように構成される、燃料電池カートリッジ。 - 前記複数のセルスタックは、互いに等しい導電面積をそれぞれ有し、
前記外側セルスタック群は、前記内側セルスタック群に比べて少ない数の前記セルスタックを含む、請求項1に記載の燃料電池カートリッジ。 - 前記内側セルスタック群を構成する前記セルスタックと前記外側セルスタック群を構成する前記セルスタックとは、互いに独立した集電部材によって電気的に接続される、請求項1又は2に記載の燃料電池カートリッジ。
- 前記外側セルスタック群は、前記内側セルスタック群を全周にわたって囲む、請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料電池カートリッジ。
- 前記外側セルスタック群は、前記内側セルスタック群の両側にそれぞれ配置される、請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料電池カートリッジ。
- 前記内側セルスタック群は、隣接する第1内側セルスタック群及び第2内側セルスタック群を含み、
前記第1内側セルスタック群及び第2内側セルスタック群は互いに直列に接続される、請求項1から5のいずれか一項に記載の燃料電池カートリッジ。 - 前記セルスタックは複数の燃料電池セルを電気的に直列に接続した円筒横縞形状を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の燃料電池カートリッジ。
- 前記セルスタックは扁平円筒横縞形状を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の燃料電池カートリッジ。
- 請求項1から8のいずれか一項に記載の燃料電池カートリッジを備える、燃料電池モジュール。
- 請求項9に記載の燃料電池モジュールと前記燃料電池モジュールから排気される排燃料ガスと排酸化性ガスとを用いて回転動力を生成するガスタービン又はターボチャージャとを備え、前記燃料電池モジュールには、前記回転動力を用いて圧縮された圧縮ガスが酸化性ガスとして供給され、複数の前記セルスタックは、燃料ガスと前記酸化性ガスを用いて発電する複合発電システム。
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