JP7300672B2 - 燃料電池システムおよびその運転方法 - Google Patents
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Description
近年、500℃前後の温度帯域で作動する燃料電池が提案されている。このような燃料電池としては、例えば、低温動作型の固体酸化物形燃料電池(SOFC)が挙げられる。また、このような500℃前後の温度帯域で作動する燃料電池の構成部材は、通常、低コストで、高い耐食性、耐熱性、および加工性を有したフェライト系ステンレス鋼により構成される。
(燃料電池システムの構成)
本開示の実施の形態1に係る燃料電池システム100の構成を、図1を参照して説明する。図1は、本開示の実施の形態1に係る燃料電池システム100の構成の一例を模式的に示すブロック図である。なお、燃料電池システム100として、500℃前後の温度域で作動し発電を行う固体酸化物形燃料電池(SOFC)を例に挙げて説明するが、500℃前後の温度域で作動し発電を行う燃料電池であればSOFCに限定されるものではない。
以下、図3および図4を参照して、本開示の実施の形態1に係る起動時475℃脆化解消制御について説明する。
以下、発電制御中において一定間隔で周期的に実施する発電時475℃脆化解消制御について、図5、図6を参照して説明する。
次に、本開示の実施の形態2に係る燃料電池システム101の構成について、図7を参照して説明する。図7は、本開示の実施の形態2に係る燃料電池システム101の構成の一例を模式的に示すブロック図である。
以下、図8および図9を参照して、本開示の実施の形態2に係る起動時475℃脆化解消制御について説明する。
次に、燃料電池システム101における、発電制御中において一定間隔で周期的に実施する発電時475℃脆化解消制御について、図10、図11を参照して説明する。
ところで、燃料電池システム100、101においてステンレス製の部材とすることができる構成部材としては、図1、図7における燃料電池スタック10、燃焼器35、第1熱交換器33、図1における第2熱交換器34、図7における改質器32および蒸発器31が挙げられる。さらには、これら各部材を収容する筐体であるホットボックス30も例示できる。
3 制御器
10 燃料電池スタック
12 セル
13 電解質
14 空気極
15 燃料極
21 空気供給器(酸化剤ガス供給器)
22 燃料供給器(燃料ガス供給器)
23 水供給器
30 ホットボックス
31 蒸発器
32 改質器
33 第1熱交換器
34 第2熱交換器
35 燃焼器
100 燃料電池システム
101 燃料電池システム
T0 所定温度
T1 安定発電温度
T2 所定温度
time1 所定時間
time2 所定時間
Claims (11)
- 燃料極、空気極、および電解質を有するとともに、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する複数のセルから構成された固体酸化物形の燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを格納する筐体と、
前記燃料電池スタック、または前記筐体内の温度を検知する温度検知器と、
制御器と、
を備え、
前記制御器は、前記温度検知器によって検知された温度に基づき、
第1所定温度で作動するように制御するとともに、
所定時間の間、前記温度検知器によって検知された温度が、第2所定温度以上となるように、制御する、燃料電池システムであって、
前記第2所定温度は、前記第1所定温度よりも高く、かつステンレスにおいて生じる475℃脆化の解消可能な温度であり、前記燃料電池スタック、前記燃料電池スタックを収容する筐体、および前記筐体内に前記燃料電池スタックとともに配置されている部材のうちの少なくとも1つは、ステンレス製の部材である、
燃料電池システム。 - 前記燃料極に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給器と、
前記空気極に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、をさらに備え、
前記制御器は、前記温度検知器によって検知された温度が、前記第2所定温度以上となるように、前記燃料ガス供給器により供給される燃料ガスの供給量もしくは前記酸化剤ガス供給器により供給される酸化剤ガスの供給量のうちの少なくとも一つを制御する、
請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記セルの前記燃料極から排出されたアノードオフガスと前記空気極から排出されたカソードオフガスとを燃焼させる燃焼器および燃焼機能を有する燃焼空間の少なくとも一方を備え、
前記制御器は、前記燃料電池スタックの温度が前記所定時間の間、前記第2所定温度以上となるように前記燃料ガス供給器により供給される燃料ガスの供給量を制御する、
請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記燃料電池スタックの温度が前記所定時間の間、前記第2所定温度以上となるように前記酸化剤ガス供給器により供給される酸化剤ガスの供給量を制御する、
請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記第2所定温度は、590℃以上である、
請求項1から4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記所定時間は、1分から60分の間の時間である、
請求項1から5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記発電時において、一定の間隔で周期的に前記燃料電池スタックの温度が前記所定時間の間、前記第2所定温度以上となるように、前記燃料ガス供給器により供給される燃料ガスの供給量および前記酸化剤ガス供給器により供給される酸化剤ガスの供給量のうちの少なくとも一つを制御する、
請求項2から4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池スタックを構成する前記セルの前記電解質は、プロトン伝導体である、
請求項1から7のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記電解質は、BaxZryMzO3-σ(M=Sc,In,Lu,Yb,Tm,Er,Y,Ho,DyおよびGdからなる群から選ばれる少なくとも1種類の元素、0.9≦x≦1.0、0.6≦y≦0.90、0.1≦z≦0.4、2.70≦3-σ≦2.95)から構成される、
請求項1から8のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池スタックは、金属支持体を用いたセルから構成される、
請求項1から9のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 燃料極、空気極、および電解質を有するとともに、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する複数のセルから構成された固体酸化物形の燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを格納する筐体と、
前記燃料電池スタック、または前記筐体内の温度を検知する温度検知器と、
を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記温度検知器によって検知された温度に基づき、第1所定温度で作動するように制御するとともに、
所定時間の間、前記温度検知器によって検知された温度が、第2所定温度以上となるように制御しており、
前記第2所定温度は、前記第1所定温度よりも高く、かつステンレスにおいて生じる475℃脆化の解消可能な温度であり、前記燃料電池スタック、前記燃料電池スタックを収容する筐体、および前記筐体内に前記燃料電池スタックとともに配置されている部材のうちの少なくとも1つは、ステンレス製の部材である、
燃料電池システムの運転方法。
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