JP7465160B2 - Solid oxide fuel cell generator - Google Patents

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Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)を備える発電機に関する。 The present invention relates to a generator equipped with a solid oxide fuel cell (SOFC).

固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、連続的に供給された燃料ガス(水素(H)、一酸化炭素(CO))と酸化ガス(空気など酸素(O)を含む混合ガス)とで生ずる電気化学反応により電気エネルギーを生成する。電力を発生させる燃料電池部は、アノード(燃料極)と、カソード(空気極)と、を有する。アノードには、燃料ガスを供給する燃料ガス供給路が接続されている。カソードには、酸化ガスを供給する酸化ガス供給路が接続されている。 A solid oxide fuel cell (SOFC) generates electrical energy through an electrochemical reaction between continuously supplied fuel gas (hydrogen ( H2 ), carbon monoxide (CO)) and oxidizing gas (a mixed gas containing oxygen ( O2 ) such as air). The fuel cell section that generates electricity has an anode (fuel electrode) and a cathode (air electrode). A fuel gas supply path that supplies fuel gas is connected to the anode. An oxidizing gas supply path that supplies oxidizing gas is connected to the cathode.

特許文献1には、固体酸化物形燃料電池およびガスタービンを含むハイブリッド発電装置と、制御ユニットと、を備える電力システムが開示されている。特許文献1に記載されたハイブリッド発電装置のガスタービンは、タービンと、コンプレッサと、発電機と、を含む。コンプレッサは、導入した外気を圧縮して排出し、排出したエアを固体酸化物形燃料電池のカソードに供給する。発電機は、ガスタービンの始動時にモータとして機能することでガスタービンを始動させる。このように、特許文献1に記載されたハイブリッド発電装置では、固体酸化物形燃料電池のカソードに対してエアの供給を開始し、固体酸化物形燃料電池による発電を開始するためには、カソードにエアを供給するためのコンプレッサや発電機(モータ)を駆動するための補助電源すなわち外部電源が必要である。 Patent Document 1 discloses a power system including a hybrid power generation device including a solid oxide fuel cell and a gas turbine, and a control unit. The gas turbine of the hybrid power generation device described in Patent Document 1 includes a turbine, a compressor, and a generator. The compressor compresses and discharges introduced outside air, and supplies the discharged air to the cathode of the solid oxide fuel cell. The generator starts the gas turbine by functioning as a motor when the gas turbine is started. Thus, in the hybrid power generation device described in Patent Document 1, in order to start supplying air to the cathode of the solid oxide fuel cell and start power generation by the solid oxide fuel cell, an auxiliary power source, i.e., an external power source, is required to drive the compressor for supplying air to the cathode and the generator (motor).

しかし、商用電源が供給されてない屋外や被災地現場などにおいては、補助電源を確保することができない場合がある。そこで、固体酸化物形燃料電池を備える発電機に対しては、商用電源が供給されてない屋外や被災地現場などにおいて、例えばスマートフォンやタブレット端末などの電気製品を充電したり、LED(Light Emitting Diode)照明器などの電気製品を使用したりするために必要な電力の発生を、補助電源を要しなくとも開始することができることが望まれている。 However, in outdoor locations where commercial power is not available or in disaster areas, it may not be possible to secure an auxiliary power source. Therefore, it is desirable for generators equipped with solid oxide fuel cells to be able to start generating the power required to charge electrical appliances such as smartphones and tablet devices, or to use electrical appliances such as LED (Light Emitting Diode) lighting, without needing an auxiliary power source, in outdoor locations where commercial power is not available or in disaster areas.

特開2009-187756号公報JP 2009-187756 A

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、補助電源を要しなくとも発電を開始することができる固体酸化物形燃料電池を備える発電機すなわち固体酸化物形燃料電池発電機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a generator equipped with a solid oxide fuel cell that can start generating electricity without requiring an auxiliary power source, i.e., a solid oxide fuel cell generator.

前記課題は、燃料ガスと酸化ガスとで発電する固体酸化物形の燃料電池部と、前記燃料電池部に前記酸化ガスを送る酸化ガス供給部と、前記酸化ガス供給部から送られた前記酸化ガスを前記燃料電池部に導く酸化ガス供給路と、ガス容器に収容された前記燃料ガスを前記燃料電池部に導く燃料ガス供給路と、前記燃料ガス供給路により導かれた前記燃料ガスを利用して加熱する加熱手段と、高温部と低温部との間に生ずる温度差に基づいて発電する熱電素子を有する熱電発電部と、を有し、前記加熱手段が、前記燃料電池部及び前記熱電発電部を共に加熱する構成となり、前記熱電素子により生ずる電力前記酸化ガス供給部に供給する制御を実行する制御部を備え、前記燃料電池部は、第1セルモジュール部と第2セルモジュール部とを有し、前記酸化ガス供給部は、前記第1セルモジュール部に前記酸化ガスを送る第1送風機と、前記第2セルモジュール部に前記酸化ガスを送る第2送風機と、を有し、前記制御部は、前記熱電素子により生じた電力を前記第1送風機のみに供給する制御を実行することを特徴とする本発明に係る固体酸化物形燃料電池発電機により解決される。
The object of the present invention is to provide a fuel cell having a solid oxide fuel cell unit which generates electricity using a fuel gas and an oxidizing gas, an oxidizing gas supply unit which sends the oxidizing gas to the fuel cell unit, an oxidizing gas supply path which sends the oxidizing gas sent from the oxidizing gas supply unit to the fuel cell unit, a fuel gas supply path which sends the fuel gas contained in a gas container to the fuel cell unit, heating means which heats the fuel gas guided by the fuel gas supply path, and a thermoelectric power generation unit having a thermoelectric element which generates electricity based on a temperature difference generated between a high temperature portion and a low temperature portion, The above-mentioned problems are solved by the solid oxide fuel cell generator of the present invention, which is characterized in that the fuel cell unit has a configuration in which both the thermoelectric element and the oxidizing gas supply unit are heated, and a control unit executes control to supply the power generated by the thermoelectric element to the oxidizing gas supply unit, the fuel cell unit has a first cell module unit and a second cell module unit, the oxidizing gas supply unit has a first blower that sends the oxidizing gas to the first cell module unit and a second blower that sends the oxidizing gas to the second cell module unit, and the control unit executes control to supply the power generated by the thermoelectric element only to the first blower.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池発電機によれば、加熱手段は、燃料ガス供給路により導かれた燃料ガスを利用し、発電開始温度まで燃料電池部を加熱する。また、熱電発電部は、加熱手段により加熱され、高温部と低温部との間に生ずる温度差に基づいて発電する熱電素子を有する。そして、制御部は、熱電発電部の熱電素子により生ずる電力を酸化ガス供給部に供給する制御を実行する。そのため、酸化ガス供給部は、電池などの補助電源を要しなくとも、加熱手段で加熱された熱電発電部の熱電素子により生ずる電力を供給されることで駆動を開始し、酸化ガス供給路を通して燃料電池部に酸化ガスを供給することができる。これにより、燃料電池部は、電池などの補助電源を要しなくとも、ガス容器から燃料ガス供給路を通して供給された燃料ガスと、酸化ガス供給部から酸化ガス供給路を通して供給された酸化ガスと、により発電を開始することができる。また、補助電源が不要になるため、固体酸化物形燃料電池発電機の小型化を図ることができる。
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池発電機によれば、制御部は、熱電発電部の熱電素子により生じた電力を、酸化ガス供給部が有する複数の送風機のうち第1送風機のみに供給する制御を実行する。そして、第1送風機は、熱電発電部の熱電素子により生じた電力を供給されることで駆動を開始し、燃料電池部が有する複数のセルモジュール部のうち第1セルモジュール部に酸化ガスを供給する。このように、制御部は、熱電発電部の熱電素子により生じた電力を、酸化ガス供給部が有する複数の送風機のすべてに供給するわけではなく第1送風機のみに供給する制御を実行する。そのため、熱電発電部の熱電素子が電力の発生を開始した直後では、燃料電池部が有する複数のセルモジュール部のすべてに酸化ガスが供給されるわけではなく、第1セルモジュール部に酸化ガスが供給される。そして、酸化ガスを供給された第1セルモジュール部が、発電を開始する。そのため、複数のセルモジュール部を有する燃料電池部は、酸化ガスの供給を開始されたセルモジュール部毎すなわち段階的に発電を開始することができる。これにより、全てのセルモジュール部が発電を開始する時間よりも早く第1セルモジュール部で発電した電力を先行して利用することができる。また、第1セルモジュール部は、発電を開始すると自己発熱を生ずる。第1セルモジュール部の自己発熱による熱を有効利用し、第2セルモジュール部を加熱することができる。これにより、全てのセルモジュール部が加熱手段のみで同時に加熱される場合と比較して、燃料電池部が発電を開始するまでの起動時間あるいは作動開始時間(すなわち始動時間)を短縮することができる。また、燃料電池部が発電を開始するために必要な酸化ガスの流量や加熱手段の熱量を抑えることができる。そのため、酸化ガス供給部および加熱手段の小型化を図ることができ、固体酸化物形燃料電池発電機の小型化を図ることができる。
According to the solid oxide fuel cell generator of the present invention, the heating means uses the fuel gas introduced through the fuel gas supply path to heat the fuel cell section to a power generation start temperature. The thermoelectric generation section has a thermoelectric element that is heated by the heating means and generates power based on a temperature difference between a high temperature section and a low temperature section. The control section executes control to supply the electric power generated by the thermoelectric element of the thermoelectric generation section to the oxidizing gas supply section. Therefore, the oxidizing gas supply section can start operating by being supplied with the electric power generated by the thermoelectric element of the thermoelectric generation section heated by the heating means, without requiring an auxiliary power source such as a battery, and can supply the oxidizing gas to the fuel cell section through the oxidizing gas supply path. Thus, the fuel cell section can start generating power using the fuel gas supplied from the gas container through the fuel gas supply path and the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply section through the oxidizing gas supply path, without requiring an auxiliary power source such as a battery. Furthermore, since an auxiliary power source is not required, the solid oxide fuel cell generator can be made smaller in size.
Furthermore, in the solid oxide fuel cell generator according to the present invention, the control unit executes control to supply the electric power generated by the thermoelectric element of the thermoelectric power generation unit only to the first blower among the multiple blowers of the oxidizing gas supply unit. The first blower starts to operate when supplied with the electric power generated by the thermoelectric element of the thermoelectric power generation unit, and supplies the oxidizing gas to the first cell module unit among the multiple cell module units of the fuel cell unit. In this way, the control unit executes control to supply the electric power generated by the thermoelectric element of the thermoelectric power generation unit only to the first blower, not to all of the multiple blowers of the oxidizing gas supply unit. Therefore, immediately after the thermoelectric element of the thermoelectric power generation unit starts generating electric power, the oxidizing gas is not supplied to all of the multiple cell module units of the fuel cell unit, but is supplied to the first cell module unit. The first cell module unit to which the oxidizing gas is supplied starts generating electric power. Therefore, the fuel cell unit having multiple cell module units can start generating electric power for each cell module unit to which the supply of oxidizing gas has started, that is, in a stepwise manner. This allows the power generated in the first cell module unit to be used in advance before all the cell module units start generating electricity. Furthermore, when the first cell module unit starts generating electricity, it generates heat by itself. The heat generated by the self-heating of the first cell module unit can be effectively used to heat the second cell module unit. This allows the startup time or operation start time (i.e., start-up time) required for the fuel cell unit to start generating electricity to be shortened compared to when all the cell module units are heated simultaneously only by the heating means. Furthermore, the flow rate of the oxidizing gas and the amount of heat of the heating means required for the fuel cell unit to start generating electricity can be reduced. This allows the oxidizing gas supply unit and the heating means to be miniaturized, and the solid oxide fuel cell generator to be miniaturized.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池発電機において、好ましくは、前記第1セルモジュール部は、前記第1送風機から前記酸化ガス供給路を通して供給された前記酸化ガスと、前記燃料ガス供給路を通して供給された前記燃料ガスと、で発電し、前記制御部は、前記第1セルモジュール部により生じた電力を前記第2送風機に供給する制御を実行することを特徴とする。 In the solid oxide fuel cell generator according to the present invention, preferably, the first cell module generates electricity using the oxidizing gas supplied from the first blower through the oxidizing gas supply path and the fuel gas supplied through the fuel gas supply path, and the control unit executes control to supply the electricity generated by the first cell module to the second blower.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池発電機によれば、第1セルモジュール部は、第1送風機から酸化ガス供給路を通して供給された酸化ガスと、燃料ガス供給路を通して供給された燃料ガスと、で発電を開始する。そして、制御部は、発電を開始した第1セルモジュール部により生じた電力を第2送風機に供給する制御を実行する。そして、第2送風機は、発電を開始した第1セルモジュール部により生じた電力を供給されることで駆動を開始し、第2セルモジュール部に酸化ガスを供給する。このように、制御部は、熱電発電部の熱電素子により生じた電力を第1送風機のみに供給して第1セルモジュール部の発電を開始させ、発電を開始した第1セルモジュール部により生じた電力を第2送風機に供給して第2セルモジュール部の発電を開始させる。そのため、複数のセルモジュール部を有する燃料電池部は、酸化ガスの供給を開始されたセルモジュール部毎すなわち段階的に発電を開始することができる。これにより、燃料電池部が発電を開始するまでの起動時間あるいは作動開始時間(すなわち始動時間)を短縮することができる。また、燃料電池部が発電を開始するために必要な酸化ガスの流量や加熱手段の熱量を抑えることができる。そのため、酸化ガス供給部および加熱手段の小型化を図ることができ、固体酸化物形燃料電池発電機の小型化を図ることができる。 According to the solid oxide fuel cell generator of the present invention, the first cell module unit starts generating electricity with the oxidizing gas supplied from the first blower through the oxidizing gas supply path and the fuel gas supplied through the fuel gas supply path. The control unit then executes control to supply the power generated by the first cell module unit that has started generating electricity to the second blower. The second blower then starts operating by being supplied with the power generated by the first cell module unit that has started generating electricity, and supplies the oxidizing gas to the second cell module unit. In this way, the control unit supplies the power generated by the thermoelectric element of the thermoelectric generation unit only to the first blower to start generating electricity for the first cell module unit, and supplies the power generated by the first cell module unit that has started generating electricity to the second blower to start generating electricity for the second cell module unit. Therefore, the fuel cell unit having multiple cell module units can start generating electricity for each cell module unit that has started receiving the supply of oxidizing gas, that is, in a stepwise manner. This makes it possible to shorten the startup time or operation start time (i.e., start-up time) until the fuel cell unit starts generating electricity. In addition, the flow rate of oxidizing gas and the amount of heat of the heating means required for the fuel cell unit to start generating electricity can be reduced. This allows the oxidizing gas supply unit and heating means to be miniaturized, and the solid oxide fuel cell generator to be miniaturized.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池発電機において、好ましくは、前記第2セルモジュール部は、前記第1セルモジュール部の発電により発生した熱でさらに加熱されるとともに、前記第2送風機から前記酸化ガス供給路を通して供給された前記酸化ガスと、前記燃料ガス供給路を通して供給された前記燃料ガスと、で発電することを特徴とする。 In the solid oxide fuel cell generator according to the present invention, preferably, the second cell module section is further heated by heat generated by the power generation of the first cell module section, and generates power using the oxidizing gas supplied from the second blower through the oxidizing gas supply passage and the fuel gas supplied through the fuel gas supply passage.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池発電機によれば、第2セルモジュール部は、第1セルモジュール部の発電により発生した熱、すなわち第1セルモジュール部の自己発熱による熱でさらに加熱される。つまり、第2セルモジュール部は、加熱手段および第1セルモジュール部の両方により加熱される。これにより、燃料電池部が発電を開始するまでの起動時間あるいは作動開始時間(すなわち始動時間)をより一層短縮することができる。そのため、燃料電池部が発電を開始するために必要な酸化ガスの流量や加熱手段の熱量をより一層抑えることができる。これにより、酸化ガス供給部および加熱手段のより一層の小型化を図ることができ、固体酸化物形燃料電池発電機のより一層の小型化を図ることができる。 According to the solid oxide fuel cell generator of the present invention, the second cell module section is further heated by heat generated by the power generation of the first cell module section, i.e., heat due to the self-heating of the first cell module section. In other words, the second cell module section is heated by both the heating means and the first cell module section. This makes it possible to further shorten the startup time or operation start time (i.e., start-up time) until the fuel cell section starts generating electricity. Therefore, it is possible to further reduce the flow rate of oxidizing gas and the amount of heat of the heating means required for the fuel cell section to start generating electricity. This makes it possible to further miniaturize the oxidizing gas supply section and the heating means, and thus to further miniaturize the solid oxide fuel cell generator.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池発電機において、好ましくは、前記加熱手段は、前記燃料ガス供給路により導かれた前記燃料ガスを燃焼するバーナであり、前記熱電発電部は、前記バーナから放出される火炎から伝わる熱により加熱されるとともに前記熱電発電部の前記高温部が前記燃料電池部に対向して設けられていることで、熱伝導の効果により、前記熱電発電部が前記燃料電池部の発電により発生した熱により加熱されることを特徴とする。 In the solid oxide fuel cell generator of the present invention, preferably, the heating means is a burner that burns the fuel gas guided by the fuel gas supply path, and the thermoelectric power generation unit is heated by heat transmitted from the flame emitted from the burner, and the high-temperature portion of the thermoelectric power generation unit is arranged opposite the fuel cell unit, so that the thermoelectric power generation unit is heated by heat generated by power generation of the fuel cell unit due to the effect of thermal conduction .

本発明に係る固体酸化物形燃料電池発電機によれば、加熱手段としてのバーナは、燃料ガス供給路により導かれた燃料ガスを燃焼する。そして、熱電発電部は、バーナから放出される火炎および排ガスから伝わる熱により加熱される。そのため、バーナの燃焼による排熱すなわち未利用熱エネルギーを、燃料電池部の温度上昇のために活用するだけではなく、熱電発電部の高温部の温度上昇のために活用することができる。これにより、燃料ガスの利用効率を向上させることができる。また、例えばバーナが燃焼を停止した場合であっても、燃料電池部は、発電を開始すると発電による自己発熱により高い温度を維持することができる。そして、熱電発電部は、燃料電池部の発電により発生した熱、すなわち燃料電池部の自己発熱による熱によっても加熱される。そのため、熱電発電部は、燃料電池部の発電により発生した熱を活用して熱電素子による電力の発生を継続することができる。これにより、燃料電池部の発電により発生した熱を有効に活用することができる。 According to the solid oxide fuel cell generator of the present invention, the burner as a heating means burns the fuel gas introduced by the fuel gas supply passage. The thermoelectric power generation unit is heated by the flame emitted from the burner and the heat transferred from the exhaust gas. Therefore, the waste heat from the combustion of the burner, i.e., unused thermal energy, can be used not only to increase the temperature of the fuel cell unit, but also to increase the temperature of the high-temperature part of the thermoelectric power generation unit. This can improve the efficiency of fuel gas utilization. Even if the burner stops burning, the fuel cell unit can maintain a high temperature when it starts generating power due to self-heating caused by power generation. The thermoelectric power generation unit is also heated by the heat generated by the power generation of the fuel cell unit, i.e., the heat generated by the self-heating of the fuel cell unit. Therefore, the thermoelectric power generation unit can continue to generate power by the thermoelectric element by utilizing the heat generated by the power generation of the fuel cell unit. This can effectively utilize the heat generated by the power generation of the fuel cell unit.

本発明によれば、補助電源を要しなくとも発電を開始することができる固体酸化物形燃料電池を備える発電機すなわち固体酸化物形燃料電池発電機を提供することができる。 The present invention provides a generator equipped with a solid oxide fuel cell that can start generating electricity without requiring an auxiliary power source, i.e., a solid oxide fuel cell generator.

本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機を表す斜視図である。1 is a perspective view showing a solid oxide fuel cell generator according to an embodiment of the present invention; 本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機の要部構成を表すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of a main part of a solid oxide fuel cell generator according to an embodiment of the present invention. 本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機の動作の概要を説明するブロック図である。FIG. 2 is a block diagram for explaining an outline of the operation of the solid oxide fuel cell generator according to the present embodiment. 本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機の動作の具体例を表すフローチャートである。4 is a flowchart showing a specific example of the operation of the solid oxide fuel cell generator according to the present embodiment. 本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機の動作の具体例を表すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing a specific example of the operation of the solid oxide fuel cell generator according to the present embodiment.

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, and therefore various technically preferable limitations are applied to them, but the scope of the present invention is not limited to these aspects unless otherwise specified in the following description to the effect that the present invention is limited to them. In addition, in each drawing, similar components are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted as appropriate.

図1は、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機を表す斜視図である。
図2は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機の要部構成を表すブロック図である。
図3は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機の動作の概要を説明するブロック図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a solid oxide fuel cell generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the main parts of the solid oxide fuel cell generator according to this embodiment.
FIG. 3 is a block diagram for explaining an outline of the operation of the solid oxide fuel cell generator according to this embodiment.

本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機11は、ブタンガスなどを主とする燃料ガス(炭化水素燃料)を充填したガス容器12を使用し、電力を必要とする様々な時に、必要とする場所に移動して発電できる発電機である。言い換えれば、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機11は、ガス容器12に収容された燃料ガスを利用し、商用電源が供給されてない屋外や被災地現場などにおいて利用可能とされた可搬型の発電機である。 The solid oxide fuel cell generator 11 according to this embodiment is a generator that uses a gas container 12 filled with a fuel gas (hydrocarbon fuel) such as butane gas, and can be moved to a location where electricity is needed at various times to generate electricity. In other words, the solid oxide fuel cell generator 11 according to this embodiment is a portable generator that uses the fuel gas stored in the gas container 12 and can be used outdoors where commercial power is not available, or at disaster sites.

図1~図3に表したように、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機11は、燃料電池部26と、酸化ガス供給部21と、酸化ガス供給路16と、燃料ガス供給路15と、バーナ17と、熱電発電部61と、制御部58と、を備える。図1に表したように、燃料電池部26と、酸化ガス供給部21と、バーナ17と、熱電発電部61と、制御部58と、は、筐体63に設けられている。 As shown in Figures 1 to 3, the solid oxide fuel cell generator 11 according to this embodiment includes a fuel cell section 26, an oxidizing gas supply section 21, an oxidizing gas supply path 16, a fuel gas supply path 15, a burner 17, a thermoelectric power generation section 61, and a control section 58. As shown in Figure 1, the fuel cell section 26, the oxidizing gas supply section 21, the burner 17, the thermoelectric power generation section 61, and the control section 58 are provided in a housing 63.

燃料電池部26は、燃料ガスと酸化ガスとで発電する固体酸化物形の燃料電池部である。すなわち、燃料電池部26は、燃料ガス(水素(H)および一酸化炭素(CO))と酸化ガス(空気など酸素(O)を含む混合ガス)とで生ずる電気化学反応により電気エネルギーを生成する固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)を有する。 The fuel cell unit 26 is a solid oxide fuel cell unit that generates power from a fuel gas and an oxidizing gas. That is, the fuel cell unit 26 has a solid oxide fuel cell (SOFC) that generates electrical energy by an electrochemical reaction between a fuel gas (hydrogen ( H2 ) and carbon monoxide (CO)) and an oxidizing gas (a mixed gas containing oxygen ( O2 ) such as air).

燃料電池部26は、複数のセルモジュールを有する。図1に表したように、本実施形態の燃料電池部26は、第1セルモジュール27aと、第2セルモジュール27bと、第3セルモジュール27cと、第4セルモジュール27dと、を有する。セルモジュールは、セルスタックなどとも呼ばれる。なお、燃料電池部26が有するセルモジュールの数は、4つに限定されるわけではなく、3つ以下であってもよく、5つ以上であってもよい。本実施形態の説明では、燃料電池部26が4つのセルモジュール27a、27b、27c、27dを有する場合を例に挙げる。 The fuel cell section 26 has multiple cell modules. As shown in FIG. 1, the fuel cell section 26 of this embodiment has a first cell module 27a, a second cell module 27b, a third cell module 27c, and a fourth cell module 27d. The cell modules are also called cell stacks. The number of cell modules in the fuel cell section 26 is not limited to four, and may be three or less, or five or more. In the explanation of this embodiment, a case in which the fuel cell section 26 has four cell modules 27a, 27b, 27c, and 27d is given as an example.

図2に表したように、各セルモジュール27a、27b、27c、27dは、燃料電池部26の最小単位として複数のセル13を有する。燃料電池部26のセル13は、酸化反応が起こるアノード(燃料極)13aと、還元反応が起こるカソード(空気極)13bと、イオン伝導体である電解質13cと、を有する。アノード13aは、燃料ガス供給路15に接続されている。カソード13bは、酸化ガス供給路16に接続されている。アノード13aでは、水素(H)および一酸化炭素(CO)の少なくともいずれかが燃料として使用される。カソード13bでは、空気(酸素)が酸化剤として使用される。 2, each of the cell modules 27a, 27b, 27c, and 27d has a plurality of cells 13 as the minimum unit of the fuel cell section 26. The cells 13 of the fuel cell section 26 have an anode (fuel electrode) 13a where an oxidation reaction occurs, a cathode (air electrode) 13b where a reduction reaction occurs, and an electrolyte 13c which is an ion conductor. The anode 13a is connected to a fuel gas supply path 15. The cathode 13b is connected to an oxidizing gas supply path 16. In the anode 13a, at least one of hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) is used as a fuel. In the cathode 13b, air (oxygen) is used as an oxidizing agent.

酸化ガス供給部21は、酸化ガス供給路16に接続され、酸化ガス供給路16を通して燃料電池部26のカソード13bに酸化ガスを送る。酸化ガス供給部21は、複数の送風機を有する。図3に表したように、本実施形態の酸化ガス供給部21は、第1送風機21aと、第2送風機21bと、を有する。第1送風機21aおよび第2送風機21bとしては、例えばエアポンプやファンなどが挙げられる。なお、酸化ガス供給部21が有する送風機の数は、2つに限定されるわけではなく、1つであってもよく、3つ以上であってもよい。 The oxidizing gas supply unit 21 is connected to the oxidizing gas supply path 16 and sends oxidizing gas to the cathode 13b of the fuel cell unit 26 through the oxidizing gas supply path 16. The oxidizing gas supply unit 21 has multiple blowers. As shown in FIG. 3, the oxidizing gas supply unit 21 of this embodiment has a first blower 21a and a second blower 21b. Examples of the first blower 21a and the second blower 21b include an air pump and a fan. The number of blowers that the oxidizing gas supply unit 21 has is not limited to two, and may be one, or three or more.

図3に表したように、第1送風機21aは、燃料電池部26の第1セルモジュール部26aに酸化ガスを送る。第2送風機21bは、燃料電池部26の第2セルモジュール部26bに酸化ガスを送る。本願明細書において「セルモジュール部」とは、1つあるいは複数のセルモジュール(言い換えればセルスタック)の集合部をいうものとする。例えば、第1セルモジュール部26aは、第1セルモジュール27aのみを含む場合もあり、第1セルモジュール27aおよび第2セルモジュール27bを含む場合もあり、第1セルモジュール27a、第2セルモジュール27bおよび第3セルモジュール27cを含む場合もある。また、例えば、第2セルモジュール部26bは、第2セルモジュール27b、第3セルモジュール27cおよび第4セルモジュール27dを含む場合もあり、第3セルモジュール27cおよび第4セルモジュール27dを含む場合もあり、第4セルモジュール27dのみを含む場合もある。第1セルモジュール部26aおよび第2セルモジュール部26bの具体例については、後述する。 As shown in FIG. 3, the first blower 21a sends oxidizing gas to the first cell module section 26a of the fuel cell section 26. The second blower 21b sends oxidizing gas to the second cell module section 26b of the fuel cell section 26. In this specification, the "cell module section" refers to an assembly of one or more cell modules (in other words, a cell stack). For example, the first cell module section 26a may include only the first cell module 27a, may include the first cell module 27a and the second cell module 27b, or may include the first cell module 27a, the second cell module 27b, and the third cell module 27c. Also, for example, the second cell module section 26b may include the second cell module 27b, the third cell module 27c, and the fourth cell module 27d, may include the third cell module 27c and the fourth cell module 27d, or may include only the fourth cell module 27d. Specific examples of the first cell module unit 26a and the second cell module unit 26b will be described later.

酸化ガス供給路16は、酸化ガス供給部21と、燃料電池部26のカソード13bと、に接続された流路であり、酸化ガス供給部21から送られた酸化ガスを燃料電池部26のカソード13bに導く。 The oxidizing gas supply path 16 is a flow path connected to the oxidizing gas supply unit 21 and the cathode 13b of the fuel cell unit 26, and guides the oxidizing gas sent from the oxidizing gas supply unit 21 to the cathode 13b of the fuel cell unit 26.

ガス容器12は、例えば圧縮された液化ガスが収容されたカートリッジ式ガスボンベであり、燃料ガスを収容している。ガス容器12から吐出された燃料ガスは、容器接続部64(図1参照)の内部に設けられたガバナに入り圧力調整される。なお、ガス容器12がカートリッジ式ガスボンベである場合には、ガス容器12と容器接続部64との着脱機構は、マグネット式とされている。これによれば、ガスボンベが加熱されてガスボンベの内部圧力が異常に上昇した時、安全機構が作動してガス容器12と容器接続部64との接続が外れる。 The gas container 12 is, for example, a cartridge-type gas cylinder that contains compressed liquefied gas, and contains fuel gas. The fuel gas discharged from the gas container 12 enters a governor provided inside the container connection part 64 (see FIG. 1) and is pressure-regulated. When the gas container 12 is a cartridge-type gas cylinder, the attachment/detachment mechanism between the gas container 12 and the container connection part 64 is a magnetic type. With this, when the gas cylinder is heated and the internal pressure of the gas cylinder rises abnormally, a safety mechanism is activated and the connection between the gas container 12 and the container connection part 64 is released.

燃料ガス供給路15は、容器接続部64と、燃料電池部26のアノード13aと、に接続された流路であり、ガス容器12に充填されたブタンガスなどの燃料ガスを燃料電池部26のアノード13aに導く。具体的には、図2に表したように、燃料ガス供給路15は、改質器14を介して燃料ガスをアノード13aに導く。なお、改質器14は、必ずしも設けられていなくともよい。図2に表した固体酸化物形燃料電池発電機11は、改質器14が付帯設備として設けられた発電機の一例である。 The fuel gas supply passage 15 is a flow path connected to the container connection portion 64 and the anode 13a of the fuel cell portion 26, and guides fuel gas such as butane gas filled in the gas container 12 to the anode 13a of the fuel cell portion 26. Specifically, as shown in FIG. 2, the fuel gas supply passage 15 guides the fuel gas to the anode 13a via the reformer 14. Note that the reformer 14 does not necessarily have to be provided. The solid oxide fuel cell generator 11 shown in FIG. 2 is an example of a generator in which the reformer 14 is provided as an auxiliary facility.

改質器14は、改質触媒を有し、燃料ガスを水素(H)および一酸化炭素(CO)などに改質してから水素(H)および一酸化炭素(CO)を燃料電池部26に供給する。例えば、改質器14は、部分酸化反応により燃料ガスの改質を行う。部分酸化は、炭化水素の一部を酸素あるいは空気で燃焼させて水素と一酸化炭素の混合ガスを製造する反応である。改質器14の改質触媒は、例えば300℃程度に昇温されて部分酸化反応を生ずる。部分酸化反応が生ずると、改質器14の改質触媒は、例えば約700℃に達する。改質器14の改質触媒が部分酸化反応を起こすために、改質用空気供給路24が設けられている。例えば図2に表したように、改質用空気供給路24は、酸化ガス供給路16から分岐されており、酸化ガス供給部21から送られた酸化ガスを改質器14に導く。なお、改質器14に空気を供給する手段は、酸化ガス供給部21に限定されるわけではなく、他の手段であってもよい。また、改質器14に空気を供給可能な限りにおいて、改質用空気供給路24は、必ずしも酸化ガス供給路16から分岐されていなくともよい。 The reformer 14 has a reforming catalyst, and reforms the fuel gas into hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO), etc., and then supplies the hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) to the fuel cell unit 26. For example, the reformer 14 reforms the fuel gas by a partial oxidation reaction. Partial oxidation is a reaction in which a part of a hydrocarbon is burned with oxygen or air to produce a mixed gas of hydrogen and carbon monoxide. The reforming catalyst of the reformer 14 is heated to, for example, about 300° C. to cause a partial oxidation reaction. When the partial oxidation reaction occurs, the reforming catalyst of the reformer 14 reaches, for example, about 700° C. A reforming air supply passage 24 is provided so that the reforming catalyst of the reformer 14 causes a partial oxidation reaction. For example, as shown in FIG. 2, the reforming air supply passage 24 branches off from the oxidizing gas supply passage 16, and guides the oxidizing gas sent from the oxidizing gas supply unit 21 to the reformer 14. The means for supplying air to the reformer 14 is not limited to the oxidizing gas supply unit 21, and may be other means. In addition, as long as air can be supplied to the reformer 14, the reforming air supply path 24 does not necessarily have to be branched off from the oxidizing gas supply path 16.

バーナ17は、ガス容器12から燃料ガス供給路15を通して供給された燃料ガス(炭化水素燃料)を燃焼して燃料電池部26を発電開始温度まで加熱する。具体的には、図2に表したように、バーナ燃料供給路22が、燃料ガス供給路15から分岐され、バーナ17に接続されている。ガス容器12から容器接続部64を介して供給される燃料ガスは、燃料ガス供給路15とバーナ燃料供給路22とガス・空気混合器(図示せず)とを通り、空気と混合されながらバーナ17に導かれる。 The burner 17 burns the fuel gas (hydrocarbon fuel) supplied from the gas container 12 through the fuel gas supply line 15 to heat the fuel cell section 26 to the power generation start temperature. Specifically, as shown in FIG. 2, the burner fuel supply line 22 branches off from the fuel gas supply line 15 and is connected to the burner 17. The fuel gas supplied from the gas container 12 through the container connection part 64 passes through the fuel gas supply line 15, the burner fuel supply line 22, and a gas-air mixer (not shown), and is introduced to the burner 17 while being mixed with air.

バーナ17の近傍には、電極(図示せず)が設けられている。利用者が操作摘まみ部(図示せず)を回転させると、イグナイタ(図示せず)が押されてパルス電圧が発生する。バーナ17の近傍に設けられた電極は、操作摘まみ部の回転により発生したパルス電圧により放電し、ガス容器12からバーナ17に供給された燃料ガスを燃焼させ、バーナ17に点火することができる。本実施形態のバーナ17は、本発明の「加熱手段」の一例である。 An electrode (not shown) is provided near the burner 17. When a user rotates the operating knob (not shown), an igniter (not shown) is pressed, generating a pulse voltage. The electrode provided near the burner 17 discharges due to the pulse voltage generated by the rotation of the operating knob, combusting the fuel gas supplied to the burner 17 from the gas container 12 and igniting the burner 17. The burner 17 of this embodiment is an example of the "heating means" of the present invention.

熱電発電部61は、高温部61aと、低温部61bと、熱電素子61cと、を有し、バーナ17により加熱される。具体的には、高温部61aは、例えば燃料電池部26に対向して設けられ、バーナ17から放出される火炎および排ガスから伝わる熱により加熱される。高温部61aは、受熱部として機能し、バーナ17から放出される火炎および排ガスから伝わる熱を効率的に受けて熱電素子61cに伝える。低温部61bは、熱電素子61cを介して高温部61aから離れて設けられている。低温部61bは、高温部61aに対向して配置され、高温部61aよりも低い温度に保持される。低温部61bの冷却方式は、特に限定されるわけではなく、例えば自然空冷方式であってもよく強制空冷方式であってもよい。 The thermoelectric power generation unit 61 has a high temperature section 61a, a low temperature section 61b, and a thermoelectric element 61c, and is heated by the burner 17. Specifically, the high temperature section 61a is provided, for example, opposite the fuel cell section 26, and is heated by heat transmitted from the flame and exhaust gas emitted from the burner 17. The high temperature section 61a functions as a heat receiving section, efficiently receiving heat transmitted from the flame and exhaust gas emitted from the burner 17 and transmitting it to the thermoelectric element 61c. The low temperature section 61b is provided away from the high temperature section 61a via the thermoelectric element 61c. The low temperature section 61b is disposed opposite the high temperature section 61a, and is maintained at a lower temperature than the high temperature section 61a. The cooling method of the low temperature section 61b is not particularly limited, and may be, for example, a natural air cooling method or a forced air cooling method.

熱電素子61cは、高温部61aと低温部61bとの間に挟設され、高温部61aと低温部61bとの間に生ずる温度差に基づいて発電する。熱電素子61cは、ゼーベック効果を利用して熱起電力を発生させる。熱電素子は、熱電変換素子あるいは熱電発電素子などとも呼ばれる。熱電素子61cは、高温部61aと低温部61bとの間に生ずる温度差が例えば約100℃~150℃程度になると、より多くの熱起電力を発生させることができる。 The thermoelectric element 61c is sandwiched between the high temperature section 61a and the low temperature section 61b, and generates electricity based on the temperature difference between the high temperature section 61a and the low temperature section 61b. The thermoelectric element 61c generates thermoelectromotive force by utilizing the Seebeck effect. Thermoelectric elements are also called thermoelectric conversion elements or thermoelectric generation elements. The thermoelectric element 61c can generate more thermoelectromotive force when the temperature difference between the high temperature section 61a and the low temperature section 61b is, for example, about 100°C to 150°C.

図2に表したように、排気路19が燃料電池部26に接続されている。排気路19は、燃料電池部26から排出される高温の排気ガスを固体酸化物形燃料電池発電機11の外部に排出する流路である。排気路19には、CO除去器18が設けられている。CO除去器18は、内部に設けられた触媒を利用して200℃以上の温度の排気ガスからCOを除去する。 As shown in FIG. 2, the exhaust path 19 is connected to the fuel cell section 26. The exhaust path 19 is a flow path that discharges high-temperature exhaust gas discharged from the fuel cell section 26 to the outside of the solid oxide fuel cell generator 11. A CO remover 18 is provided in the exhaust path 19. The CO remover 18 uses a catalyst provided inside to remove CO from exhaust gas at a temperature of 200°C or higher.

また、図2に表したように、酸化ガス供給路16および排気路19には、熱交換器23が設けられている。熱交換器23は、酸化ガス供給路16と排気路19との間で熱交換を行う。本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機11では、2つの熱交換器23、すなわち低温側熱交換器23aと高温側熱交換器23bとが設けられている。 2, a heat exchanger 23 is provided in the oxidizing gas supply path 16 and the exhaust path 19. The heat exchanger 23 exchanges heat between the oxidizing gas supply path 16 and the exhaust path 19. In the solid oxide fuel cell generator 11 according to this embodiment, two heat exchangers 23, namely, a low-temperature side heat exchanger 23a and a high-temperature side heat exchanger 23b, are provided.

酸化ガス供給部21から酸化ガス供給路16に送られた酸化ガスは、低温側熱交換器23aを通り、低温側熱交換器23aにおける排気路19を流れる排気ガスと熱交換を行い昇温する。続いて、低温側熱交換器23aを通過した酸化ガスは、高温側熱交換器23bを通り、高温側熱交換器23bにおける排気路19を流れる排気ガスと熱交換を行いさらに昇温する。そして、低温側熱交換器23aおよび高温側熱交換器23bを通過して高温になった酸化ガスは、酸化ガス供給路16を通して燃料電池部26のカソード13bに導かれる。 The oxidizing gas sent from the oxidizing gas supply unit 21 to the oxidizing gas supply path 16 passes through the low-temperature side heat exchanger 23a, where it exchanges heat with the exhaust gas flowing through the exhaust path 19 in the low-temperature side heat exchanger 23a, and is heated. Next, the oxidizing gas that has passed through the low-temperature side heat exchanger 23a passes through the high-temperature side heat exchanger 23b, where it exchanges heat with the exhaust gas flowing through the exhaust path 19 in the high-temperature side heat exchanger 23b, and is further heated. The oxidizing gas that has passed through the low-temperature side heat exchanger 23a and the high-temperature side heat exchanger 23b and has become hot is then guided through the oxidizing gas supply path 16 to the cathode 13b of the fuel cell unit 26.

燃料電池部26における発電で生ずる高温の排気ガスは、高温側熱交換器23bを通り、高温側熱交換器23bにおける酸化ガス供給路16を流れる酸化ガスと熱交換を行い、温度を下げる。燃料電池部26から排出され高温側熱交換器23bを通過する前の排気ガスの温度は、例えば約600℃以上である。高温側熱交換器23bを通過し温度を下げた排気ガスの温度は、例えば約200℃以上である。これにより、CO除去器18の触媒は、排気ガスに対してより確実に作用する。続いて、高温側熱交換器23bを通過した排気ガスは、CO除去器18および低温側熱交換器23aを通り、低温側熱交換器23aにおける酸化ガス供給路16を流れる酸化ガスと熱交換を行い、温度をさらに下げる。低温側熱交換器23aを通過し温度を下げた排気ガスの温度は、例えば約80℃未満である。そして、高温側熱交換器23bおよび低温側熱交換器23aを通過して低温になった排気ガスは、排気路19の出口から排出される。 The high-temperature exhaust gas generated by power generation in the fuel cell section 26 passes through the high-temperature side heat exchanger 23b and exchanges heat with the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas supply path 16 in the high-temperature side heat exchanger 23b to lower its temperature. The temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell section 26 before passing through the high-temperature side heat exchanger 23b is, for example, about 600°C or higher. The temperature of the exhaust gas that has passed through the high-temperature side heat exchanger 23b and has been lowered is, for example, about 200°C or higher. This allows the catalyst in the CO remover 18 to act more reliably on the exhaust gas. Next, the exhaust gas that has passed through the high-temperature side heat exchanger 23b passes through the CO remover 18 and the low-temperature side heat exchanger 23a and exchanges heat with the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas supply path 16 in the low-temperature side heat exchanger 23a to further lower its temperature. The temperature of the exhaust gas that has passed through the low-temperature side heat exchanger 23a and has been lowered is, for example, less than about 80°C. The exhaust gas, which has passed through the high-temperature side heat exchanger 23b and the low-temperature side heat exchanger 23a and has become cold, is discharged from the outlet of the exhaust path 19.

制御部58は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機11の全体的な動作の制御を実行する。例えば、図2および図3に表したように、制御部58は、燃料電池部26および熱電発電部61で発生した電力を受けて酸化ガス供給部21に供給する。この詳細については、後述する。また、制御部58は、電力変換装置54を有する。電力変換装置54は、燃料電池部26で発生した電力を受け、直流電力を交流電力に変換する。 The control unit 58 controls the overall operation of the solid oxide fuel cell generator 11 according to this embodiment. For example, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, the control unit 58 receives the power generated by the fuel cell unit 26 and the thermoelectric power generation unit 61 and supplies it to the oxidizing gas supply unit 21. Details of this will be described later. The control unit 58 also has a power conversion device 54. The power conversion device 54 receives the power generated by the fuel cell unit 26 and converts the DC power into AC power.

ここで、前述したように、燃料電池部26は、燃料ガスと酸化ガスとで生ずる電気化学反応により発電する。そのため、燃料電池部26が発電を開始するためには、燃料電池部26のカソード13bに対して酸化ガスの供給を開始する必要がある。そうすると、燃料電池部26のカソード13bに対して酸化ガスを送る酸化ガス供給部21の駆動を電池などの補助電源(すなわち外部電源)を用いて開始することが必要になる場合がある。しかし、商用電源が供給されてない屋外や被災地現場などにおいては、補助電源を確保することができない場合がある。 As described above, the fuel cell unit 26 generates electricity through an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas. Therefore, in order for the fuel cell unit 26 to start generating electricity, it is necessary to start supplying oxidizing gas to the cathode 13b of the fuel cell unit 26. In that case, it may be necessary to start driving the oxidizing gas supply unit 21, which sends oxidizing gas to the cathode 13b of the fuel cell unit 26, using an auxiliary power source (i.e., an external power source) such as a battery. However, in outdoor locations where commercial power is not available or at disaster sites, it may not be possible to secure an auxiliary power source.

これに対して、本発明に係る固体酸化物形燃料電池発電機11は、熱電発電部61を備える。前述したように、熱電発電部61は、熱電素子61cを有し、バーナ17により加熱される。熱電素子61cは、高温部61aと低温部61bとの間に生ずる温度差に基づいて発電する。そして、制御部58は、熱電発電部61の熱電素子61cにより生ずる電力を受けて酸化ガス供給部21に供給する制御を実行する。 In contrast, the solid oxide fuel cell generator 11 according to the present invention includes a thermoelectric power generation unit 61. As described above, the thermoelectric power generation unit 61 has a thermoelectric element 61c and is heated by the burner 17. The thermoelectric element 61c generates electricity based on the temperature difference between the high temperature portion 61a and the low temperature portion 61b. The control unit 58 receives the electric power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 and controls the supply of the electric power to the oxidizing gas supply unit 21.

本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機11によれば、酸化ガス供給部21は、電池などの補助電源を要しなくとも、バーナ17で加熱された熱電発電部61の熱電素子61cにより生ずる電力を供給されることで駆動を開始し、酸化ガス供給路16を通して燃料電池部26に酸化ガスを供給することができる。これにより、燃料電池部26は、電池などの補助電源を要しなくとも、ガス容器12から燃料ガス供給路15を通して供給された燃料ガスと、酸化ガス供給部21から酸化ガス供給路16を通して供給された酸化ガスと、により発電を開始することができる。また、補助電源が不要になるため、固体酸化物形燃料電池発電機11の小型化を図ることができる。 According to the solid oxide fuel cell generator 11 of this embodiment, the oxidizing gas supply unit 21 can start operating by being supplied with power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric generation unit 61 heated by the burner 17 without requiring an auxiliary power source such as a battery, and can supply oxidizing gas to the fuel cell unit 26 through the oxidizing gas supply path 16. As a result, the fuel cell unit 26 can start generating electricity using the fuel gas supplied from the gas container 12 through the fuel gas supply path 15 and the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply unit 21 through the oxidizing gas supply path 16, without requiring an auxiliary power source such as a battery. In addition, since an auxiliary power source is no longer required, the solid oxide fuel cell generator 11 can be made smaller.

また、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機11は、燃料電池部26による発電と、熱電発電部61による発電と、を組み合わせることができる。つまり、必要な電力のうち燃料電池部26の高温稼動によって発生する電力の一部を熱電発電部61の熱電素子61cによって発生する電力で補うことができる。そのため、燃料電池部26が単独で同じ電力量を発生させる場合と比較して、熱電発電部61の熱電素子61cによって発生する電力量の補助分だけ、固体酸化物形燃料電池発電機11の全体の発電量を増加させることができるとともに、燃料ガスの使用量を低減し燃料ガスを節約することができる。また、燃料電池部26が単独で発電する場合と比較して、燃料電池部26の稼動温度を約650±50℃程度に安定的に維持することができる。これにより、燃料電池部26の耐久性を向上させることができるとともに、燃料電池部26の周辺機器に与える熱の影響を抑えることができる。また、これにより、燃料電池部26の周辺機器に採用可能な材料の選択幅を広げることができる。 In addition, the solid oxide fuel cell generator 11 according to this embodiment can combine power generation by the fuel cell section 26 and power generation by the thermoelectric power generation section 61. In other words, part of the required power generated by the high-temperature operation of the fuel cell section 26 can be supplemented with power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation section 61. Therefore, compared to the case where the fuel cell section 26 generates the same amount of power alone, the total power generation amount of the solid oxide fuel cell generator 11 can be increased by the auxiliary amount of the power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation section 61, and the amount of fuel gas used can be reduced and fuel gas can be saved. In addition, compared to the case where the fuel cell section 26 generates power alone, the operating temperature of the fuel cell section 26 can be stably maintained at about 650±50°C. This can improve the durability of the fuel cell section 26 and suppress the thermal impact on the peripheral devices of the fuel cell section 26. This can also widen the range of materials that can be used for the peripheral devices of the fuel cell section 26.

次に、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機11の動作の具体例を、図面を参照して説明する。
図4は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機の動作の具体例を表すフローチャートである。
図5は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機の動作の具体例を表すタイミングチャートである。
Next, a specific example of the operation of the solid oxide fuel cell generator 11 according to this embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a flow chart showing a specific example of the operation of the solid oxide fuel cell generator according to this embodiment.
FIG. 5 is a timing chart showing a specific example of the operation of the solid oxide fuel cell generator according to this embodiment.

まず、利用者が例えば操作摘まみ部(図示せず)を回し、バーナ17に点火する。そうすると、バーナ17がガス容器12から燃料ガス供給路15を通して供給された燃料ガスの燃焼を開始し、燃料電池部26および熱電発電部61を加熱する(図4のステップS11、図5のタイミングT11)。続いて、バーナ17から放出される火炎および排ガスから伝わる熱により高温部61aと低温部61bとの間に発電開始の温度差が生ずると、熱電発電部61の熱電素子61cは、電力の発生を開始する(図4のステップS12、図5のタイミングT11~タイミングT12)。続いて、制御部58が、熱電発電部61の熱電素子61cにより生じた電力を受けて第1送風機21aのみに供給する(図4のステップS13)。 First, the user turns the operating knob (not shown), for example, to ignite the burner 17. Then, the burner 17 starts burning the fuel gas supplied from the gas container 12 through the fuel gas supply passage 15, heating the fuel cell section 26 and the thermoelectric power generation section 61 (step S11 in FIG. 4, timing T11 in FIG. 5). Then, when a temperature difference occurs between the high temperature section 61a and the low temperature section 61b due to the flame emitted from the burner 17 and the heat transmitted from the exhaust gas, the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation section 61 starts generating electricity (step S12 in FIG. 4, timing T11 to timing T12 in FIG. 5). Then, the control section 58 receives the electricity generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation section 61 and supplies it only to the first blower 21a (step S13 in FIG. 4).

そうすると、第1送風機21aが、熱電発電部61の熱電素子61cにより生じた電力を制御部58から供給されることで駆動を開始し、第1セルモジュール部26aに酸化ガスを供給する(図4のステップS14、図5のタイミングT12)。本具体例では、一例として、第1セルモジュール部26aが第1セルモジュール27aのみを含み、第2セルモジュール部26bが第2セルモジュール27b、第3セルモジュール27cおよび第4セルモジュール27dを含む場合を例に挙げる。そのため、本具体例では、第1送風機21aは、熱電発電部61の熱電素子61cにより生じた電力を制御部58から供給されることで駆動を開始し、第1セルモジュール27aに酸化ガスを供給する。 Then, the first blower 21a starts to operate by receiving power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 from the control unit 58, and supplies oxidizing gas to the first cell module unit 26a (step S14 in FIG. 4, timing T12 in FIG. 5). In this specific example, as an example, the first cell module unit 26a includes only the first cell module 27a, and the second cell module unit 26b includes the second cell module 27b, the third cell module 27c, and the fourth cell module 27d. Therefore, in this specific example, the first blower 21a starts to operate by receiving power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 from the control unit 58, and supplies oxidizing gas to the first cell module 27a.

続いて、第1セルモジュール部26a(本具体例では第1セルモジュール27a)が、発電開始温度まで加熱されると、第1送風機21aから酸化ガス供給路16を通して供給された酸化ガスと、ガス容器12から燃料ガス供給路15を通して供給された燃料ガスと、で発電を開始する(図4のステップS15、図5のタイミングT13)。このとき、第1セルモジュール部26aでは、第1セルモジュール部26aの発電により熱が発生する。つまり、第1セルモジュール部26aは、発電を開始すると発電による自己発熱を生ずる。続いて、制御部58が、第1セルモジュール部26aにより生じた電力を受けて第2送風機21bに供給する(図4のステップS16)。 Next, when the first cell module part 26a (in this specific example, the first cell module 27a) is heated to the power generation start temperature, it starts power generation using the oxidizing gas supplied from the first blower 21a through the oxidizing gas supply path 16 and the fuel gas supplied from the gas container 12 through the fuel gas supply path 15 (step S15 in FIG. 4, timing T13 in FIG. 5). At this time, heat is generated in the first cell module part 26a due to the power generation of the first cell module part 26a. In other words, when the first cell module part 26a starts power generation, it generates its own heat due to power generation. Next, the control unit 58 receives the power generated by the first cell module part 26a and supplies it to the second blower 21b (step S16 in FIG. 4).

そうすると、第2送風機21bが、第1セルモジュール部26aにより生じた電力を制御部58から供給されることで駆動を開始し、第2セルモジュール部26b(本具体例では第2セルモジュール27b、第3セルモジュール27cおよび第4セルモジュール27d)に酸化ガスを供給する(図4のステップS17、図5のタイミングT14)。また、このとき、第2セルモジュール部26bは、第1セルモジュール部26aの発電により発生した熱、すなわち第1セルモジュール部26aの自己発熱による熱でさらに加熱されている。つまり、第2セルモジュール部26bは、バーナ17および第1セルモジュール部26aの両方により加熱されている。続いて、第2セルモジュール部26bが、発電開始温度まで加熱されると、第2送風機21bから酸化ガス供給路16を通して供給された酸化ガスと、ガス容器12から燃料ガス供給路15を通して供給された燃料ガスと、で発電を開始する(図4のステップS18、図5のタイミングT15)。このとき、第2セルモジュール部26bでは、第2セルモジュール部26bの発電により熱が発生する。つまり、第2セルモジュール部26bは、第1セルモジュール部26aと同様に、発電を開始すると発電による自己発熱を生ずる。このようにして、燃料電池部26の全てのセルモジュール27a、27b、27c、27dが、発電を開始する。 Then, the second blower 21b starts to operate by receiving the power generated by the first cell module part 26a from the control unit 58, and supplies oxidizing gas to the second cell module part 26b (in this specific example, the second cell module 27b, the third cell module 27c, and the fourth cell module 27d) (step S17 in FIG. 4, timing T14 in FIG. 5). At this time, the second cell module part 26b is further heated by the heat generated by the power generation of the first cell module part 26a, that is, the heat due to the self-heating of the first cell module part 26a. In other words, the second cell module part 26b is heated by both the burner 17 and the first cell module part 26a. Next, when the second cell module part 26b is heated to the power generation start temperature, it starts power generation with the oxidizing gas supplied from the second blower 21b through the oxidizing gas supply path 16 and the fuel gas supplied from the gas container 12 through the fuel gas supply path 15 (step S18 in FIG. 4, timing T15 in FIG. 5). At this time, heat is generated in the second cell module section 26b due to the power generation of the second cell module section 26b. In other words, the second cell module section 26b, like the first cell module section 26a, generates heat by itself when it starts generating power. In this way, all the cell modules 27a, 27b, 27c, and 27d of the fuel cell section 26 start generating power.

続いて、利用者が例えば操作摘まみ部(図示せず)を回すと、バーナ17が燃焼を停止する(図4のステップS19、図5のタイミングT16)。バーナ17が燃焼を停止した後であっても、第1セルモジュール部26aおよび第2セルモジュール部26bは、自己発熱により例えば600℃以上の高温を維持することができ、燃料ガスの供給が停止されるまでの間、発電を継続することができる(図5のタイミングT16~タイミングT17)。燃料ガスの供給が停止される例としては、例えば弁などを用いることにより燃料ガスの供給が意図的に停止される場合や、ガス容器12の中の燃料ガスを使い切ることにより燃料ガスの供給が停止される場合などが挙げられる。 Then, when the user turns, for example, an operating knob (not shown), the burner 17 stops burning (step S19 in FIG. 4, timing T16 in FIG. 5). Even after the burner 17 stops burning, the first cell module unit 26a and the second cell module unit 26b can maintain a high temperature of, for example, 600°C or higher due to self-heating, and can continue generating electricity until the supply of fuel gas is stopped (timings T16 to T17 in FIG. 5). Examples of when the supply of fuel gas is stopped include when the supply of fuel gas is intentionally stopped using a valve or when the supply of fuel gas is stopped due to the fuel gas in the gas container 12 being used up.

また、熱電発電部61の熱電素子61cは、高温部61aと低温部61bとの間に生じた温度差に基づいて発電を継続することができる(図5のタイミングT16~タイミングT17)。そのため、第1送風機21aは、第1セルモジュール部26aに対する酸化ガスの供給を継続することができる(図5のタイミングT16~タイミングT17)。また、これにより、第2送風機21bは、第2セルモジュール部26bに対する酸化ガスの供給を継続することができる(図5のタイミングT16~タイミングT17)。 The thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 can continue generating electricity based on the temperature difference generated between the high temperature section 61a and the low temperature section 61b (timing T16 to timing T17 in FIG. 5). This allows the first blower 21a to continue supplying oxidizing gas to the first cell module section 26a (timing T16 to timing T17 in FIG. 5). This also allows the second blower 21b to continue supplying oxidizing gas to the second cell module section 26b (timing T16 to timing T17 in FIG. 5).

そして、燃料ガスの供給が停止されると、第1セルモジュール部26aおよび第2セルモジュール部26bの発電が停止するとともに、第2送風機21bの駆動が停止する(図5のタイミングT17)。また、高温部61aと低温部61bとの間の温度差が所定温度以下になると、熱電発電部61の熱電素子61cにより生ずる熱起電力は、徐々に低下する(図5のタイミングT17~タイミングT18)。そして、熱電発電部61の熱電素子61cの発電が停止すると、第1送風機21aの駆動が停止する(図5のタイミングT18)。 When the supply of fuel gas is stopped, the power generation of the first cell module unit 26a and the second cell module unit 26b is stopped, and the operation of the second fan 21b is stopped (timing T17 in FIG. 5). When the temperature difference between the high temperature section 61a and the low temperature section 61b becomes equal to or lower than a predetermined temperature, the thermoelectromotive force generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric generation unit 61 gradually decreases (timings T17 to T18 in FIG. 5). When the power generation of the thermoelectric element 61c of the thermoelectric generation unit 61 is stopped, the operation of the first fan 21a is stopped (timing T18 in FIG. 5).

本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電機11の動作の具体例によれば、制御部58は、熱電発電部61の熱電素子61cにより生じた電力を、酸化ガス供給部21が有する複数の送風機21a、21bのすべてに供給するわけではなく第1送風機21aのみに供給する制御を実行する。そのため、熱電発電部61の熱電素子61cが電力の発生を開始した直後では、燃料電池部26が有する複数のセルモジュール部26a、26bのすべてに酸化ガスが供給されるわけではなく、第1セルモジュール部26aに酸化ガスが供給される。そして、酸化ガスを供給された第1セルモジュール部26aが、発電を開始する。そのため、複数のセルモジュール部26a、26bを有する燃料電池部26は、酸化ガスの供給を開始されたセルモジュール部毎すなわち段階的に発電を開始することができる。これにより、全てのセルモジュール部26a、26bが発電を開始する時間よりも早く第1セルモジュール部26aで発電した電力を先行して利用することができる。また、第1セルモジュール部26aは、発電を開始すると自己発熱を生ずる。第1セルモジュール部26aの自己発熱による熱を有効利用し、第2セルモジュール部26bを加熱することができる。これにより、全てのセルモジュール部26a、26bがバーナ17のみで同時に加熱される場合と比較して、燃料電池部26が発電を開始するまでの起動時間あるいは作動開始時間(すなわち始動時間)を短縮することができる。また、燃料電池部26が発電を開始するために必要な酸化ガスの流量やバーナ17の熱量を抑えることができる。そのため、酸化ガス供給部21およびバーナ17の小型化を図ることができ、固体酸化物形燃料電池発電機11の小型化を図ることができる。 According to a specific example of the operation of the solid oxide fuel cell generator 11 according to this embodiment, the control unit 58 executes control to supply the electric power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric generation unit 61 only to the first blower 21a, not to all of the multiple blowers 21a and 21b of the oxidizing gas supply unit 21. Therefore, immediately after the thermoelectric element 61c of the thermoelectric generation unit 61 starts generating electric power, the oxidizing gas is not supplied to all of the multiple cell module parts 26a and 26b of the fuel cell unit 26, but is supplied to the first cell module part 26a. Then, the first cell module part 26a to which the oxidizing gas is supplied starts generating electric power. Therefore, the fuel cell unit 26 having the multiple cell module parts 26a and 26b can start generating electric power for each cell module part to which the supply of the oxidizing gas is started, that is, in a stepwise manner. This allows the electric power generated in the first cell module part 26a to be used in advance before all the cell module parts 26a and 26b start generating electric power. In addition, the first cell module section 26a generates heat when it starts generating electricity. The heat generated by the first cell module section 26a can be effectively used to heat the second cell module section 26b. This shortens the startup time or operation start time (i.e., start-up time) required for the fuel cell section 26 to start generating electricity compared to when all the cell module sections 26a, 26b are heated simultaneously only by the burner 17. In addition, the flow rate of the oxidizing gas and the amount of heat of the burner 17 required for the fuel cell section 26 to start generating electricity can be reduced. This allows the oxidizing gas supply section 21 and the burner 17 to be made smaller, and the solid oxide fuel cell generator 11 to be made smaller.

また、制御部58は、熱電発電部61の熱電素子61cにより生じた電力を第1送風機21aのみに供給して第1セルモジュール部26aの発電を開始させ、発電を開始した第1セルモジュール部26aにより生じた電力を第2送風機21bに供給して第2セルモジュール部26bの発電を開始させる。そのため、前述したように、複数のセルモジュール部26a、26bを有する燃料電池部26は、酸化ガスの供給を開始されたセルモジュール部毎すなわち段階的に発電を開始することができる。これにより、前述した効果と同様の効果が得られる。 The control unit 58 also supplies the power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 only to the first blower 21a to start power generation in the first cell module unit 26a, and supplies the power generated by the first cell module unit 26a that has started power generation to the second blower 21b to start power generation in the second cell module unit 26b. Therefore, as described above, the fuel cell unit 26 having multiple cell module units 26a, 26b can start power generation for each cell module unit that has started receiving oxidizing gas, that is, in a stepwise manner. This provides the same effects as those described above.

また、第2セルモジュール部26bは、第1セルモジュール部26aの発電により発生した熱、すなわち第1セルモジュール部26aの自己発熱による熱でさらに加熱される。つまり、第2セルモジュール部26bは、バーナ17および第1セルモジュール部26aの両方により加熱される。これにより、燃料電池部26が発電を開始するまでの起動時間あるいは作動開始時間(すなわち始動時間)をより一層短縮することができる。そのため、燃料電池部26が発電を開始するために必要な酸化ガスの流量やバーナ17の熱量をより一層抑えることができる。これにより、酸化ガス供給部21およびバーナ17のより一層の小型化を図ることができ、固体酸化物形燃料電池発電機11のより一層の小型化を図ることができる。 The second cell module section 26b is further heated by heat generated by the power generation of the first cell module section 26a, i.e., heat generated by the self-heating of the first cell module section 26a. In other words, the second cell module section 26b is heated by both the burner 17 and the first cell module section 26a. This makes it possible to further shorten the startup time or operation start time (i.e., start-up time) until the fuel cell section 26 starts generating power. Therefore, the flow rate of oxidizing gas and the amount of heat of the burner 17 required for the fuel cell section 26 to start generating power can be further reduced. This makes it possible to further miniaturize the oxidizing gas supply section 21 and the burner 17, and further miniaturize the solid oxide fuel cell generator 11.

また、前述したように、熱電発電部61は、バーナ17から放出される火炎および排ガスから伝わる熱により加熱される。そのため、バーナ17の燃焼による排熱すなわち未利用熱エネルギーを、燃料電池部26の温度上昇のために活用するだけではなく、熱電発電部61の高温部61aの温度上昇のために活用することができる。これにより、燃料ガスの利用効率を向上させることができる。また、例えばバーナ17が燃焼を停止した場合であっても、燃料電池部26は、発電を開始すると発電による自己発熱により高い温度を維持することができる。そして、熱電発電部61は、燃料電池部26の発電により発生した熱、すなわち燃料電池部26の自己発熱による熱によっても加熱される。そのため、熱電発電部61は、燃料電池部26の発電により発生した熱を活用して熱電素子61cによる電力の発生を継続することができる。これにより、燃料電池部26の発電により発生した熱を有効に活用することができる。 As described above, the thermoelectric power generation unit 61 is heated by the flame emitted from the burner 17 and the heat transmitted from the exhaust gas. Therefore, the waste heat from the combustion of the burner 17, i.e., unused thermal energy, can be used not only to increase the temperature of the fuel cell unit 26, but also to increase the temperature of the high-temperature part 61a of the thermoelectric power generation unit 61. This can improve the efficiency of fuel gas utilization. Even if the burner 17 stops burning, the fuel cell unit 26 can maintain a high temperature by self-heating due to power generation when power generation is started. The thermoelectric power generation unit 61 is also heated by the heat generated by the power generation of the fuel cell unit 26, i.e., the heat generated by the self-heating of the fuel cell unit 26. Therefore, the thermoelectric power generation unit 61 can continue to generate power by the thermoelectric element 61c by utilizing the heat generated by the power generation of the fuel cell unit 26. This can effectively utilize the heat generated by the power generation of the fuel cell unit 26.

なお、本具体例では、一例として、第1セルモジュール部26aが第1セルモジュール27aのみを含み、第2セルモジュール部26bが第2セルモジュール27b、第3セルモジュール27cおよび第4セルモジュール27dを含む場合を例に挙げた。但し、第1セルモジュール部26aおよび第2セルモジュール部26bのそれぞれが含むセルモジュールのパターンは、これだけに限定されるわけではない。例えば、第1セルモジュール部26aが第1セルモジュール27aおよび第2セルモジュール部26bを含み、第2セルモジュール部26bが第3セルモジュール27cおよび第4セルモジュール27dを含んでいてもよい。 In this specific example, the first cell module portion 26a includes only the first cell module 27a, and the second cell module portion 26b includes the second cell module 27b, the third cell module 27c, and the fourth cell module 27d. However, the pattern of the cell modules included in each of the first cell module portion 26a and the second cell module portion 26b is not limited to this. For example, the first cell module portion 26a may include the first cell module 27a and the second cell module portion 26b, and the second cell module portion 26b may include the third cell module 27c and the fourth cell module 27d.

この場合には、制御部58が、熱電発電部61の熱電素子61cにより生じた電力を受けて第1送風機21aのみに供給する(図4のステップS13)。そうすると、第1送風機21aが、熱電発電部61の熱電素子61cにより生じた電力を制御部58から供給されることで駆動を開始し、第1セルモジュール27aおよび第2セルモジュール27bに酸化ガスを供給する(図4のステップS14、図5のタイミングT12)。第1セルモジュール27aおよび第2セルモジュール27bが、発電開始温度まで加熱されると、第1送風機21aから酸化ガス供給路16を通して供給された酸化ガスと、ガス容器12から燃料ガス供給路15を通して供給された燃料ガスと、で発電を開始する(図4のステップS15、図5のタイミングT13)。そして、第2送風機21bが、第1セルモジュール27aおよび第2セルモジュール27bにより生じた電力を制御部58から供給されることで駆動を開始し、第3セルモジュール27cおよび第4セルモジュール27dに酸化ガスを供給する(図4のステップS17、図5のタイミングT14)。第3セルモジュール27cおよび第4セルモジュール27dが、発電開始温度まで加熱されると、第2送風機21bから酸化ガス供給路16を通して供給された酸化ガスと、ガス容器12から燃料ガス供給路15を通して供給された燃料ガスと、で発電を開始する(図4のステップS18、図5のタイミングT15)。この場合であっても、本具体例に関して前述した効果と同様の効果が得られる。 In this case, the control unit 58 receives the electric power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric generating unit 61 and supplies it only to the first blower 21a (step S13 in FIG. 4). Then, the first blower 21a starts operating by receiving the electric power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric generating unit 61 from the control unit 58, and supplies oxidizing gas to the first cell module 27a and the second cell module 27b (step S14 in FIG. 4, timing T12 in FIG. 5). When the first cell module 27a and the second cell module 27b are heated to the power generation start temperature, they start generating electricity using the oxidizing gas supplied from the first blower 21a through the oxidizing gas supply path 16 and the fuel gas supplied from the gas container 12 through the fuel gas supply path 15 (step S15 in FIG. 4, timing T13 in FIG. 5). Then, the second blower 21b starts to operate by receiving the power generated by the first cell module 27a and the second cell module 27b from the control unit 58, and supplies oxidizing gas to the third cell module 27c and the fourth cell module 27d (step S17 in FIG. 4, timing T14 in FIG. 5). When the third cell module 27c and the fourth cell module 27d are heated to the power generation start temperature, power generation is started using the oxidizing gas supplied from the second blower 21b through the oxidizing gas supply path 16 and the fuel gas supplied from the gas container 12 through the fuel gas supply path 15 (step S18 in FIG. 4, timing T15 in FIG. 5). Even in this case, the same effect as that described above for this specific example can be obtained.

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。 The above describes an embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the claims. The configurations of the above embodiment can be partially omitted or arbitrarily combined in a different way than described above.

11:固体酸化物形燃料電池発電機、 12:ガス容器、 13:セル、 13a:アノード、 13b:カソード、 13c:電解質、 14:改質器、 15:燃料ガス供給路、 16:酸化ガス供給路、 17:バーナ、 18:CO除去器、 19:排気路、 21:酸化ガス供給部、 21a:第1送風機、 21b:第2送風機、 22:バーナ燃料供給路、 23:熱交換器、 23a:低温側熱交換器、 23b:高温側熱交換器、 24:改質用空気供給路、 26:燃料電池部、 26a:第1セルモジュール部、 26b:第2セルモジュール部、 27a:第1セルモジュール、 27b:第2セルモジュール、 27c:第3セルモジュール、 27d:第4セルモジュール、 54:電力変換装置、 58:制御部、 61:熱電発電部、 61a:高温部、 61b:低温部、 61c:熱電素子、 63:筐体、 64:容器接続部
11: solid oxide fuel cell generator, 12: gas container, 13: cell, 13a: anode, 13b: cathode, 13c: electrolyte, 14: reformer, 15: fuel gas supply path, 16: oxidizing gas supply path, 17: burner, 18: CO remover, 19: exhaust path, 21: oxidizing gas supply section, 21a: first blower, 21b: second blower, 22: burner fuel supply path, 23: heat exchanger, 23a: low temperature side heat exchanger, 23b: high temperature side heat exchanger, 24: reforming air supply path, 26: fuel cell section, 26a: first cell module section, 26b: second cell module section, 27a: first cell module, 27b: second cell module, 27c: third cell module, 27d: fourth cell module, 54: Power conversion device, 58: Control unit, 61: Thermoelectric power generation unit, 61a: High temperature unit, 61b: Low temperature unit, 61c: Thermoelectric element, 63: Housing, 64: Container connection unit

Claims (4)

燃料ガスと酸化ガスとで発電する固体酸化物形の燃料電池部と、
前記燃料電池部に前記酸化ガスを送る酸化ガス供給部と、
前記酸化ガス供給部から送られた前記酸化ガスを前記燃料電池部に導く酸化ガス供給路と、
ガス容器に収容された前記燃料ガスを前記燃料電池部に導く燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路により導かれた前記燃料ガスを利用して加熱する加熱手段と、
高温部と低温部との間に生ずる温度差に基づいて発電する熱電素子を有する熱電発電部と、を有し、
前記加熱手段が、前記燃料電池部及び前記熱電発電部を共に加熱する構成となり、
前記熱電素子により生ずる電力前記酸化ガス供給部に供給する制御を実行する制御部を備え、
前記燃料電池部は、第1セルモジュール部と第2セルモジュール部とを有し、
前記酸化ガス供給部は、前記第1セルモジュール部に前記酸化ガスを送る第1送風機と、前記第2セルモジュール部に前記酸化ガスを送る第2送風機と、を有し、
前記制御部は、前記熱電素子により生じた電力を前記第1送風機のみに供給する制御を実行することを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電機。
a solid oxide fuel cell unit that generates electricity using a fuel gas and an oxidizing gas;
an oxidizing gas supply unit for supplying the oxidizing gas to the fuel cell unit;
an oxidizing gas supply passage for introducing the oxidizing gas sent from the oxidizing gas supply unit to the fuel cell unit;
a fuel gas supply passage for introducing the fuel gas contained in a gas container into the fuel cell unit;
a heating means for heating the fuel gas guided through the fuel gas supply passage;
a thermoelectric power generation unit having a thermoelectric element that generates power based on a temperature difference generated between a high-temperature portion and a low-temperature portion,
the heating means is configured to heat both the fuel cell unit and the thermoelectric power generation unit,
a control unit that controls the supply of power generated by the thermoelectric element to the oxidizing gas supply unit,
the fuel cell section has a first cell module section and a second cell module section,
the oxidizing gas supply unit includes a first blower that supplies the oxidizing gas to the first cell module unit and a second blower that supplies the oxidizing gas to the second cell module unit;
The solid oxide fuel cell generator, wherein the control unit executes control to supply the electric power generated by the thermoelectric element only to the first blower.
前記第1セルモジュール部は、前記第1送風機から前記酸化ガス供給路を通して供給された前記酸化ガスと、前記燃料ガス供給路を通して供給された前記燃料ガスと、で発電し、
前記制御部は、前記第1セルモジュール部により生じた電力を前記第2送風機に供給する制御を実行することを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池発電機。
the first cell module unit generates power using the oxidant gas supplied from the first blower through the oxidant gas supply channel and the fuel gas supplied through the fuel gas supply channel;
2. The solid oxide fuel cell generator according to claim 1, wherein the control unit executes control to supply the electric power generated by the first cell module unit to the second blower.
前記第2セルモジュール部は、前記第1セルモジュール部の発電により発生した熱でさらに加熱されるとともに、前記第2送風機から前記酸化ガス供給路を通して供給された前記酸化ガスと、前記燃料ガス供給路を通して供給された前記燃料ガスと、で発電することを特徴とする請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池発電機。 The solid oxide fuel cell generator according to claim 2, characterized in that the second cell module section is further heated by heat generated by the power generation of the first cell module section, and generates power using the oxidizing gas supplied from the second blower through the oxidizing gas supply path and the fuel gas supplied through the fuel gas supply path. 前記加熱手段は、前記燃料ガス供給路により導かれた前記燃料ガスを燃焼するバーナであり、
前記熱電発電部は、前記バーナから放出される火炎から伝わる熱により加熱されるとともに前記熱電発電部の前記高温部が前記燃料電池部に対向して設けられていることで、熱伝導の効果により、前記熱電発電部が前記燃料電池部の発電により発生した熱により加熱されることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池発電機。
the heating means is a burner that burns the fuel gas introduced through the fuel gas supply passage,
The solid oxide fuel cell generator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the thermoelectric power generation unit is heated by heat transmitted from the flame emitted from the burner, and the high-temperature portion of the thermoelectric power generation unit is disposed opposite the fuel cell unit, so that the thermoelectric power generation unit is heated by heat generated by power generation in the fuel cell unit due to the effect of thermal conduction.
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