JPH01320773A

JPH01320773A - 発電装置

Info

Publication number: JPH01320773A
Application number: JP63152939A
Authority: JP
Inventors: Kazuji Fukui; 和司福井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1988-06-21
Publication date: 1989-12-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、特に事業用、産業用、移動用及びその他一般
の発電設備に用いられる発電装置の改良に関する。

［従来の技術と課題］従来、発電装置としては、例えば第８図及び第９図に示
すものが知られている。ここで、第８図は発電装置の概
略を示す斜視図、第９図は同発電装置におけるガスの流
れを示す説明図である。

図中１は、ハウジングである。このハウジング１内には
中仕切板２が配置され、この中仕切板２とハウジング１
の外壁１ａとにより反応室３と燃焼室４とに区画されて
いる。前記反応室３には、複数の円筒型固体電解質燃料
電池（ＳＯＦＣ）セル５が両端部をハウジング１の外、
燃焼室４にまで突出するように設けられている。前記ハ
ウジング１内には、空気予熱器６が配置されている。こ
の空気予熱器６が設けられた側の前記ハウジング１の外
壁には、空気を押込通風器（ＦＤＰ）からの空気を前記
反応室３へ送給するための空気配管７、及び前記燃焼室
４からの燃焼ガスに基づく排ガスを排ガスボイラへ送る
ためのｕ１゛ガス配管８が設けられている。なお、図中
の９は、前記セル５内へ水素を供給するための水素供給
管である。

こうした５ＯＦＣ発電装置の作用は次に示す通りである
。押込通風器から来た反応用空気１．０は空気予熱器６
で８００〜９００℃に予熱されて六つジング１内の反応
室３へ入り、セル５で水素と反応しながら、燃焼室４へ
と導かれる。また、水素は水素供給管９より各セル５へ
分配され、セル内部を通りながら高温の反応用空気と反
応し、水（水蒸気）を生成する。そして、反応せずに残
った水素は水蒸気とともにセル内部を通り、セル先端部
より燃焼室４に放出され、反応室３より来た高温の反応
用空気１０と燃焼する。ここで、生成した燃焼ガス１１
はハウジング１を出て、空気予熱器６と熱交換を行ない
、排ガスボイラへ導かれる。

［発明が解決しようとする課Ｂ］しかしながら、従来技術によれば、以下に述べる問題点
を有するる。

■一般に、前記セル５の運用温度は約１０００℃に維持
することが最良である。ところで、押込予熱器より導か
れる反応用空気１０は、空気予熱器６で８００〜９００
℃に予熱されてハウジング１の反応室３へ導かれるが、
反応用空気９は反応室３のセル５で水素と反応し、更に
加熱され、下流にいくほど高温となる。具体的には、セ
ルの耐熱温度（約１４００°Ｃ）を越えることもある。

■セル５を運用していく中でセル５は除徐に劣化し、セ
ル５の水素の利用率（水素が電気として使用される比率
）が下がり、出力が低下する。この場合、水素の供給量
を増加（又は水素濃度を増加）させ、出力を維持する必
要があるが、水素の利用率が下がり、水素の供給量の増
加のためヒートインプットが増加（ヒートアウトプット
は一定）し、セル５内部の温度は時間とともに加熱され
、最終的にはモジュールの耐熱温度を越え、大きな損害
を与えることになる。

■反応室３の上流側と下流側において、１００℃以上の
温度差が生じるため、場所的にセル５の劣化速度や性能
が異なるため、全体の設定出力の維持、セル交換等のモ
ジュールの運用、メンテナンスが困難となる。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、ハウジン
グ内の５ＯＦＣセルの温度制御、管理を容易にでき、熱
効率を向上するとともに、運用性。

メンテナンスの優れた発電装置を提供することを目的と
する。

［課題番解決するための手段］本発明は、ハウジングと、このハウジング内に配置され
該ハウジング内を反応室′と燃焼室とに区画する隔壁と
、前記反応室内に配置された複数の円筒型固体電解質燃
料電池セルと、前記燃料電池セル内に燃料を供給する燃
料供給手段と、前記反応室内に空気予熱器を通して空気
を供給する空気供給手段とからなり、前記空気予熱器の
予熱手段として前記燃焼室からの燃焼排ガスを用いる固
体電解質燃料電池発電装置において、冷却手段を有し、
該冷却手段の一構成要素である冷却管を前記反応室に前
記燃料電池と近接して配置したことを要旨とする。

［作用］本発明においては、反応室内に冷却管を各セルに対して
適宜配置した横這とすることにより、ハウジングやセル
の耐熱温度以下に押えることができる。また、各冷゛、
を管の絞り弁の調節から、セル内部の温度分布を均一化
することができる。更に、冷却管を通る水又は水蒸気は
セル内部で高温の反応用空気あるいは燃焼ガスと熱交換
を行なって水蒸気（又は加熱蒸気）となり、これをター
ビンなどの作動に利用され、エネルギの回収も□同時に
行うことができる。

［実施例］以下、本発明の一実施例を第１図〜第７図を参照して説
明する。但し、従来（第８図及び第９図）と同部材は同
符号を付して説明を省略する。

本願発電装置は、従来発電装置と比べ、従来発電装置に
蒸気を生成する冷却手段２１を設けた点が異なる。三の
冷却手段２１は、タービン″（復水器）より送られる水
（又は水蒸気）を通す給水調節弁２２を介装した給水配
管２３と、この給水配管２３に連通した入口管２４と、
この入口管２４に連通し絞り弁２５を介装した蛇行状の
冷却管２６と、この冷却管２６に連通ずるとともに２図
示しないタービン又は排ガスボイラへ連通ずる出口管２
７と、蒸気配管２８とから構成されている。

前記冷却管２６の配列状態は、第２図に示す如く前記各
セル５に対して等距離なるようになっている。また、冷
却管２６の形状は、第３図に示す如く、セル５の幅方向
に反応用空気１０の流れに対して直交する方向に伸び、
一方の外壁側にくると、Ｕ形に曲げられ、それらを繰返
すことによりセル断面に対して均等に配置されるように
なっている。

更に、前記冷却管２６は、第４図に示す如く　（但し、
第４図は第３図のＡ矢視図）、Ｕ字状に曲げられるとき
セル５と干渉を起こさないようにジグザグに曲げられて
いる。前記冷却管２６に流れる水（又は水蒸気）の流量
は絞り弁２５により調節できるようになっており、これ
により冷却管２６の熱吸収量を加減してセル５に温度分
布の均一化できるようになっている。

前記セル５は外観が第５図に示す通りであり、第６図に
示す如く、多孔質基体３１の上に順次燃料極３２．固体
電解質３３．空気極３４を積層し、直列接続の為インク
コネクタ３５．あるいはシール材としてシール膜３６を
設けた構造となっている。ここで、前記基体３１の材質
としては、Ａノ２　ｏ３．　　ＣＳ　Ｚ　（Ｃａｌｃｉ
ａ　５ｔｂｉｌｉｚｅｄＺ　１ｒｃｏｎｊａ　）などセ
ラミックスより作られたポーラス（気孔率１０〜７０％
程度）で一定強度のあるものを用いる。前記燃料極３２
の材質としては、Ｎｉ系サーメット、Ｃｏ系サーメット
、又は純Ｎｉ、Ｃｏなどが用いられ、燃料極３２の厚み
は１００ｐ〜１［Ｉｌｍである。前記固体電解質３３の
材質としては、Ｙ　Ｓ　Ｚ　（Ｙ　ｔｔｒｉａ　Ｓ　ｔ
ａｂｉｌｉｚｅｄＺｉｒｃｏｎｉａ　）　、　Ｃｏ系、
Ｂｊ系等が挙げられ、固体電解質３３としては出来るだ
け薄い方が良い。

前記空気極３４の材質としてはペレブスカイト系結晶構
造の酸化物導電材が挙げられ、空気極３４の厚みは１０
０１１！Ｒ〜１［Ｉｌｍである。前記シール膜３６はイ
ンクコネクタ３５の条件である緻密さを完全に満たして
いないために設けられるもので、その材料としてはＡ、
ｆ２２０３などが用いられる。こうした構成のセルにお
いて、電流の流れは第７図の矢印に示す通りである。

こうした５ＯＦＣ発電装置において、空気予熱器６で８
００〜９００°Ｃに予熱された反応用空気１０はハウジ
ング１の反応室３に入り、セル５でＨ２と反応しつつ下
流へと流れる。このとき、反応熱により反応用空気は加
熱され、燃焼室４へと導かれ、燃焼熱により更に高温の
燃焼ガス１１となり、ハウジング１の外部へと導かれる
。一方、タービンの復水器（又はタービン本体）より来
た水（又は水蒸気）は給水配管２２を通って入口管２４
へ導かれ、セル５内部の各場所に設置された冷却管２６
に分配される。冷却管２６を通る水又は水蒸気はセル５
内部で反応用空気１０あるいは燃焼ガス１１と一コ１交
換を行ない、水蒸気（又は加熱蒸気）となって出口管２
７に集められ、蒸気配管２８を通ってタービン又は排ガ
スボイラへ導かれる。ここで、各冷却管２６に流れる水
（又は水蒸気）の流量はセル内部の温度分布及び温度高
低の状態により、各冷却管２６の絞り弁や給水調節弁２
２により加減される。

−９＝しかして、上記実施例に係る発電装置によれば、ハウジ
ング１内に絞り弁２５を介装した蛇行状の冷却管２６を
各セル５に対して等距離となるように適宜配置し、前記
冷却管２６へ流す水（又は水蒸気）の流量を前記絞り弁
２５や給水調節弁２２により調節する構造となっている
ため、ハウジング１やセル５の耐熱温度以下に押えるこ
とができる。また、各冷却管２６の絞り弁２５の調節か
ら、セル５内部の温度分布を均一化することができる。

具体的には、各冷却管２６に付けられている絞り弁２５
を一定温度（例えば１０００℃）で開くように制御して
やれば、反応室３は１０００℃を保つことができる（な
お、下流側に近い冷却管２６の絞り弁２５はど、頻繁に
開閉が行われる）。更に、冷却管２６を通る水又は水蒸
気はセル５内部で高温空気１０あるいは燃焼ガス１１と
熱交・換を行なって水蒸気（又は加熱蒸気）となり、出
口管２６に集められた後、蒸気配管２８を通ってタービ
ンなどの作動に利用され、エネルギの回収も同時に行う
ことができる。

なお、上記実施例では、冷却管に絞り弁を介装させて冷
却管に流す水又は水蒸気の流量を調節する場合について
述べたが、これに限らず、オリフィスを用いてもよい。

［発明の効果］以上詳述した如く本発明によれば、ハウジング内の５Ｏ
ＦＣセルの温度制御、管理を容易にでき、熱効率を向上
するとともに、運用性、メンテナンスの優れた発電装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る発電装置の説明図、第
２図は同発電装置の一構成要素である冷却管の配列を示
す説明図、第３図は同冷却管の形状の説明図、第４図は
第３図のＡ矢視図、第５図は第１図の発電装置に係るセ
ルの全体図、第６図は同セルの部分断面図、第７図は同
セルの電流の流れの説明図、第８図は従来の発電装置の
概略を示す斜視図、第９図は同発電装置におけるガスの
流れの説明図である。１・・・ハウジング、２・・・中仕切板、３・・・反応
室、４・・・燃焼室、５・・・セル、６・・・空気予熱
器、７・空気配管、８・・・排ガス配管、９・・・水素
供給管、１０・・・反応用空気、１１・・・燃焼ガス、
２１・・・冷却手段、２３・・・給水配管、２４・・・
入口管、２５・・・絞り弁、２６・・・冷却管、２７・
・・出口管、３１・・・多孔質基体、３２・・・燃料極
、３３・・・固体電解質、３４・・・空気極、３５・・
・インクコネクタ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 −３９９＝

Claims

【特許請求の範囲】

　ハウジングと、このハウジング内に配置され該ハウジ
ング内を反応室と燃焼室とに区画する隔壁と、前記反応
室内に配置された複数の円筒型固体電解質燃料電池セル
と、前記燃料電池セル内に燃料を供給する燃料供給手段
と、前記反応室内に空気予熱器を通して空気を供給する
空気供給手段とからなり、前記空気予熱器の予熱手段と
して前記燃焼室からの燃焼排ガスを用いる発電装置にお
いて、冷却手段を有し、該冷却手段の一構成要素である
冷却管を前記反応室に前記燃料電池と近接して配置した
ことを特徴とする発電装置。