WO2006051830A1 - 燃料電池を用いたコージェネレーションシステム - Google Patents

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WO2006051830A1
WO2006051830A1 PCT/JP2005/020560 JP2005020560W WO2006051830A1 WO 2006051830 A1 WO2006051830 A1 WO 2006051830A1 JP 2005020560 W JP2005020560 W JP 2005020560W WO 2006051830 A1 WO2006051830 A1 WO 2006051830A1
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gas
fuel cell
fuel
combustion
power generation
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PCT/JP2005/020560
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Kuniaki Yoshikata
Hirotoshi Sakamoto
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Dai Nippon Printing Co., Ltd.
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
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    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a cordage energy system using a fuel cell that generates power using fuel gas and oxidant gas.
  • a cogeneration system is a system that generates two or more types of secondary energy continuously from primary energy at the same time.
  • cogeneration systems using fuel cells with high power generation efficiency and no generation of environmentally hazardous gases have attracted attention in recent years and are being actively developed.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a cogeneration system using a fuel cell that can further improve power generation efficiency.
  • the cogeneration system using the first fuel gas according to the present invention includes a mixed gas supply path to which a mixed gas of a fuel gas and an oxidant gas is supplied, and a mixed gas that has passed through the mixed gas supply path.
  • a gas combustion device that burns the gas combustion device, a combustion chamber that houses the gas combustion device, and a power generation section that is disposed on the mixed gas supply path and has at least one fuel cell that generates power using the mixed gas flowing through the supply path.
  • the power generation unit is installed in the combustion chamber, and the power generation unit is heated by combustion heat generated in the combustion chamber.
  • the system can be configured to heat the power generation unit with combustion heat generated in the combustion chamber to ensure the operating temperature of the power generation unit.
  • the fuel cell includes an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode, and generates a single chamber type solid oxide by supplying a mixed gas of the fuel gas and the oxidant gas.
  • a physical fuel cell can be obtained.
  • the system may further include a gas mixing unit that mixes the fuel gas and the oxidant gas.
  • the gas mixing section can be installed in the combustion chamber to preheat the mixed gas.
  • the power for preheating the gas by installing at least one of a supply pipe for supplying fuel gas to the power generation section and a supply pipe for supplying oxidant gas to the power generation section in the combustion chamber s it can.
  • the system further includes a heat exchanger installed in the combustion chamber, and preheats the fuel gas and the oxidant gas with combustion heat generated in the combustion chamber via the heat exchanger.
  • the power generation unit can be supplied.
  • the system may further include a storage battery that stores electric power generated by the fuel cell.
  • the system may further include a system control unit that controls the units.
  • the supply amount of the mixed gas supplied to the gas combustion apparatus so as to maintain a desired combustion state in consideration of the system control unit power and the mixed gas amount consumed in the fuel cell. Can be controlled.
  • the power generation unit includes a plurality of fuel cells, and the mixed gas passing through the mixed gas supply path can be supplied to the fuel cells.
  • the mixed gas is supplied from the mixed gas supply path to which the mixed gas of the fuel gas and the oxidant gas is supplied to the gas combustion device, and the gas is combusted.
  • the electric power generation part provided with the fuel cell is arrange
  • the generated electricity can be used as a power source for operating this system, or it can be used for temperature control of heat discharged from the gas combustion device.
  • the power generation unit is installed in the combustion chamber, and the power generation unit is heated by the combustion heat generated in the combustion chamber. Therefore, the power generation unit can be directly heated by the combustion heat in the combustion chamber, and Heating efficiency can be improved. As a result, power generation efficiency can be increased.
  • the force S for supplying the mixed gas to the combustion chamber or the power generation section more stably can be achieved.
  • the gas supply amount to the gas combustion device and the combustion chamber is adjusted by the system control unit, for example, appropriate power generation and combustion can be performed, and fuel gas and oxidation can be performed.
  • the amount of the agent gas used can also be reduced.
  • the power generation unit can take various configurations S. For example, a plurality of fuel cells can be arranged, and the mixed gas in the mixed gas supply path can be supplied to each fuel cell. Therefore, it is possible to use a plurality of fuel cells connected in parallel.
  • a cogeneration system using a second fuel cell mixes a gas supply path to which fuel gas and oxidant gas are separately supplied, and the fuel gas and oxidant gas that have passed through the gas supply path.
  • Gas mixing section and mixing gas mixed in the gas mixing section A combustion chamber containing a gas combustion device for burning the gas and disposed on the gas supply path;
  • a power generation unit having a fuel cell for generating power by separately supplying fuel gas and oxidant gas, and the power generation unit is installed in the combustion chamber, and the power generation unit is configured by the combustion heat generated in the combustion chamber. It is configured to heat.
  • the system can be configured to heat the power generation unit with combustion heat generated in the combustion chamber to ensure the operating temperature of the power generation unit.
  • the fuel cell includes an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode.
  • the fuel electrode is formed on one surface of the electrolyte, and the air electrode is formed on the other surface. It can be configured to generate power by supplying fuel gas to the fuel electrode and oxidant gas to the air electrode.
  • the fuel cell can be a solid polymer fuel cell or a solid oxide fuel cell.
  • a detection unit that detects a mixture ratio of the mixed gas
  • a gas mixture ratio adjustment unit that adjusts the mixture ratio so as to become a set mixture ratio based on a detection signal from the detection unit. Further, it can be provided.
  • the gas supply path includes a fuel gas supply pipe that supplies fuel gas and an oxidant gas supply pipe that supplies oxidant gas, and at least one of the two supply pipes is placed in the combustion chamber. It can be installed and configured to preheat the gas.
  • the system further includes a heat exchanger installed in the combustion chamber.
  • the fuel gas and the oxidant gas can be preheated by the heat of combustion generated in the combustion chamber via the heat exchanger and supplied to the power generation unit.
  • system can be configured to further include a storage battery that stores electric power generated by the fuel cell.
  • the system control unit controls the fuel gas and the oxidant gas supplied to the gas mixing unit so as to maintain a desired combustion state based on the amount of gas consumed in the fuel cell.
  • the supply amount can be controlled.
  • the power generation unit may include a plurality of fuel cells, and the fuel gas and the oxidant gas that pass through the gas supply path may be supplied to the fuel cells.
  • these gases are supplied to the gas mixing section via the gas supply path to which the fuel gas and the oxidant gas are separately supplied. Then, the mixed gas mixed in the gas mixing section is supplied to the combustion device, whereby the gas is combusted.
  • a power generation unit including a fuel cell is disposed on the gas supply path, and power generation is performed using the fuel gas and the oxidant gas supplied to the gas mixing unit. Therefore, it is possible to generate electricity while generating heat with the gas combustion device, so that efficient use of energy becomes possible.
  • the generated electricity can be used as a power source for operating this system, or it can be used to control the temperature of heat discharged from the gas combustion device.
  • the power generation unit is installed in the combustion chamber, and the power generation unit is heated by the combustion heat generated in the combustion chamber, that is, the heat from the gas combustion device. Therefore, the power generation unit is heated by the combustion heat in the combustion chamber. It can be heated directly and can improve the heating efficiency of the power generation section. As a result, power generation efficiency can be increased.
  • the force S for supplying the mixed gas to the gas combustion apparatus more stably can be achieved.
  • a detection unit that detects a mixture ratio of the mixed gas and a gas mixture ratio adjustment unit that adjusts the mixture ratio so as to be a set mixture ratio based on a detection signal from the detection unit are provided. Stable combustion of the gas combustion device can be ensured.
  • the gas supply amount to the gas combustion device and the combustion chamber is adjusted by the system control unit, for example, appropriate power generation and combustion can be performed, and fuel gas and oxidation can be performed.
  • the amount of the agent gas used can also be reduced.
  • fuel gas Since the gas supply amount to the combustion unit can be controlled by controlling the gas supply amount to the gas mixing section based on this, the gas combustion is maintained in an optimum state. I can do it.
  • the power generation unit can take various configurations, for example, a configuration in which a plurality of fuel cells are arranged so that the fuel gas and the oxidant gas in the gas supply path are supplied to the fuel electrode and the air electrode of each fuel cell, respectively. can do. Therefore, a plurality of fuel cells can be connected and used in parallel.
  • a power generation unit having a fuel cell that is supplied with a fuel gas and an oxidant gas to generate power, and combusts exhaust gas discharged from the power generation unit.
  • a combustion chamber having a gas combustion device for preheating at least one of the fuel gas and the oxidant gas with a part of the combustion heat generated in the gas combustion device.
  • the fuel cell includes an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode.
  • the fuel electrode is formed on one surface of the electrolyte, and the air electrode is formed on the other surface.
  • a solid oxide fuel cell or a solid polymer fuel cell that generates electricity by supplying an oxidant gas to the fuel gas and the air electrode can be provided.
  • the fuel cell includes an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode, and generates a single chamber type solid oxide form by supplying a mixed gas of a fuel gas and an oxidant gas. It can be a fuel cell.
  • the system may further include a gas mixing unit that mixes exhaust gas discharged from the power generation unit and supplied to the gas combustion device.
  • the system may further include a gas mixing unit that mixes fuel gas and oxidant gas supplied to the power generation unit.
  • the system further includes a system control unit that controls at least one of a gas flow rate and a gas pressure of the fuel gas and the oxidant gas supplied to the power generation unit and a temperature in the power generation unit and the combustion chamber. Can be provided.
  • At least one of the power of the fuel gas supply pipe and the oxidant gas supply pipe that supplies the fuel gas and the oxidant gas to the power generation unit passes through the combustion chamber, so that the gas combustion apparatus
  • at least one of the fuel gas and the oxidant gas is preheated by a part of the combustion heat generated in the above.
  • the system further includes a heat exchanger, and is configured to preheat at least one of the fuel gas and the oxidant gas with a part of the combustion heat generated in the gas combustion device via the heat exchanger. It can be.
  • the system may further include a storage battery that stores electric power generated by the fuel cell.
  • the fuel utilization efficiency can be improved.
  • power generation efficiency can be increased.
  • the combustion heat generated in the gas combustion device can be used for preheating the fuel gas or the like to generate heat for maintaining the operating temperature of the fuel cell at a high temperature.
  • the gas supply channel and the gas discharge channel can be simplified.
  • the mixed gas can be supplied more stably to the gas combustion apparatus or the power generation section.
  • the heat exchanger By providing the heat exchanger, the fuel gas and / Alternatively, the oxidant gas can be preheated.
  • a system control unit is provided to control the gas flow rate and gas pressure of the fuel gas and the oxidant gas supplied to the power generation unit, the temperature in the power generation unit and the combustion chamber, and the gas mixing ratio in the gas mixing unit. Therefore, it is possible to reduce the amount of fuel gas and oxidant gas used, and to set the mixed gas in the gas mixing section to the optimal gas mixing ratio, which is generated in the power generation section by further installing a storage battery. The surplus power can be charged by the storage battery.
  • a cogeneration system using a fourth fuel cell according to the present invention includes a combustion chamber having a gas combustion device in which a combustible fuel and an oxidant gas are supplied and combustion is performed, and combustion in the gas combustion device. Combustion products containing hydrocarbon gases exhausted by And a power generation unit having a fuel cell that generates power by being supplied.
  • a system control for detecting at least one of an emission amount and a component of the combustion product and controlling a gas flow rate of combustible fuel and oxidant gas supplied to the gas combustion device based on the detected amount.
  • a part can be further provided.
  • the system may further include oxidant supply means for supplying an oxidant gas to the combustion product before being supplied to the power generation unit.
  • the system control unit detects at least one of the emission amount and the component of the combustion product, and controls the supply amount of the oxidant gas supplied from the oxidant supply unit based on the detected amount. can do.
  • the fuel cell includes an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode, and is supplied with a mixed gas of the oxidant gas and a combustion product discharged from the gas combustion device.
  • a single-chamber solid oxide fuel cell that generates electric power can be obtained.
  • the fuel cell includes an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode.
  • the fuel electrode is formed on one surface of the electrolyte, and the air electrode is formed on the other surface.
  • a combustion product discharged from the gas combustion device is supplied, and the oxidant gas is supplied to the air electrode to generate a solid oxide fuel cell.
  • the fuel cell includes an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode.
  • the fuel electrode is formed on one surface of the electrolyte, and the air electrode is formed on the other surface.
  • a solid polymer fuel cell that generates electricity by supplying combustion products discharged from the gas combustion device and supplying the oxidant gas to the air electrode, and the combustion generation power discharged from the gas combustion device
  • a humidifier that humidifies the object can be further provided.
  • the system may further include a humidifier that humidifies the combustion products discharged from the gas combustion device.
  • the system can be configured such that the power generation unit is installed in the combustion chamber, and the power generation unit is heated by combustion heat generated in the combustion chamber.
  • the system may further include a reformer that reforms the combustion product discharged from the gas combustion device.
  • the system described above can be configured such that the mixed gas discharged from the power generation unit is circulated and supplied to the gas combustion device.
  • the system control unit can control the temperature in the power generation unit and the combustion chamber.
  • the system may further include a storage battery that stores electric power generated by the fuel cell.
  • the fuel utilization efficiency can be sufficiently improved.
  • power generation efficiency can be increased.
  • the gas supply channel and the gas discharge channel can be simplified.
  • the power generation unit can be directly heated by the combustion heat generated in the combustion chamber, so that the heating efficiency of the power generation unit can be improved.
  • the hydrogen concentration of the combustion products supplied to the fuel cell of the power generation unit can be increased, and the power generation efficiency can be increased.
  • the mixed gas discharged from the power generation unit is circulated and supplied to the gas combustion device and burned by the gas combustion device, so that the fuel utilization efficiency can be further improved.
  • FIG. 1 is a system block diagram showing a first embodiment of a cogeneration system according to the present invention. .
  • FIG. 2 is a system block diagram showing another example of the system of FIG.
  • FIG. 3 is a system block diagram showing another example of the system of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a system block diagram showing another example of the system in FIG. 1.
  • FIG. 5 shows an example of a power generation unit used in the cogeneration system according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a system block diagram showing a second embodiment of the cogeneration system according to the present invention.
  • FIG. 7 is a system block diagram showing another example of the system of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a system block diagram showing another example of the system in FIG. 6.
  • FIG. 9 is a system block diagram showing another example of the system in FIG. 6.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an example of a power generation unit used in a cogeneration system according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a system block diagram showing a third embodiment of a cogeneration system according to the present invention.
  • FIG. 12 is a system block diagram showing another example of the system in FIG. 11.
  • FIG. 13 is a system block diagram showing another example of the system of FIG. 11.
  • FIG. 14 is a system block diagram showing a fourth embodiment of a cogeneration system using a fuel cell according to the present invention.
  • FIG. 15 is a system block diagram showing another example of the system in FIG.
  • FIG. 16 is a system block diagram showing another example of the system of FIG.
  • FIG. 17 is a system block diagram showing another example of the system of FIG.
  • FIG. 18 is a system block diagram showing another example of the system of FIG.
  • FIG. 19 is a system block diagram showing another example of the system of FIG.
  • FIG. 1 is a system block diagram showing a first embodiment of a cogeneration system using a fuel cell.
  • the cogeneration system of this embodiment includes a gas mixing unit 1 that mixes a fuel gas (for example, propane gas or city gas) and an oxidant gas (for example, air), and a mixed gas from the gas mixing unit 1.
  • Gas combustion device (panner part) 3 supplied with The combustion device 3 is disposed in the combustion chamber 4.
  • a power generation unit 2 having a fuel cell is disposed, and this power generation unit 2 is also disposed in the combustion chamber 4. Therefore, the power generation unit 2 is configured to be directly heated by the combustion heat generated in the combustion chamber 4, so that the operating temperature of the power generation unit 2 is ensured.
  • this system is provided with a storage battery 5 for storing electric power generated by the fuel cell, and a system control unit 6.
  • the system control unit 6 controls the supply amount of the mixed gas supplied to the gas combustion device 3 and the like.
  • fuel gas and air are supplied to the gas mixing unit 1 and mixed by the fuel gas supply pipe 7 for supplying the fuel gas and the oxidant gas supply pipe 8 for supplying the oxidant gas. It becomes gas.
  • the power generation unit 2 since the power generation unit 2 is disposed on the mixed gas supply path L, the mixed gas flowing in the supply path L is used to generate power. More specifically, the power generation unit 2 includes a single-chamber solid oxide fuel cell, which has an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode, and is divided into a fuel electrode side and an air electrode side. It is not a single room. When a mixed gas of fuel gas and air is supplied, since the two electrodes, the fuel electrode and the air electrode, have gas selectivity, a voltage is generated between the electrodes to generate power.
  • the single-chamber solid oxide fuel cell has a structure in which a fuel electrode is disposed on one side of the electrolyte and an air electrode is disposed on the other side through the electrolyte, and a pair of fuels is disposed on one side of the electrolyte.
  • the operating temperature depends on the material of the fuel cell. Generally, it is maintained in the temperature range of about 400 to 1000 ° C.
  • the gas used for the power generation in which a part of the mixed gas is used is returned to the mixed gas supply path L. Then, together with the mixed gas from the gas mixing section 1, it is supplied to the gas combustion device 3, and this mixed gas is burned as fuel. The gas mixture is supplied to the gas combustion device 3 for combustion, and the power generation unit 2 is directly heated by the combustion heat generated in the combustion chamber 4 to ensure the operating temperature of the power generation unit 2. It should be noted that all of the mixed gas can pass through the power generation unit 2.
  • the system control unit 6 is operated by the electric power generated in the power generation unit 2, and controls the power generation unit 2, the gas mixing unit 1, and the gas combustion device 3. More specifically, the system control unit 6 is connected to the power generation unit 1. The gas flow rate and gas pressure of each of the fuel gas and oxidant gas are adjusted according to the desired output value, and the gas mixing ratio in the gas mixing section 1 is constantly measured to obtain the set ratio. Adjust to. Furthermore, in the combustion chamber 4 and the power generation unit 2, temperature is measured and managed. Further, the system control unit 6 is connected to the storage battery 5 and supplies the surplus power to the storage battery 5 for charging.
  • the power charged in the storage battery 5 is used to operate the system control unit 6, and the power generation unit is heated by generating heat from the startup heater (not shown) using the power.
  • a part of the mixed gas flowing through the gas supply path L is consumed by the power generation unit 2. That is, the mixed gas that is consumed and discharged from the power generation unit 2 is supplied to the gas combustion device 3. Therefore, if the amount of mixed gas supplied from the gas mixing unit 1 is controlled based on the amount of mixed gas consumed in the power generation unit 2, the gas combustion in the gas combustion device 3 can be maintained in an optimum state.
  • the control in this case can be performed by the system control unit 6.
  • the system shown in FIG. 1 can be modified as shown in FIG.
  • the gas mixing section 1 is installed in the combustion chamber 4 to preheat the mixed gas.
  • the temperature drop of the power generation unit 2 due to gas supply can be prevented as much as possible, and the fuel utilization efficiency can be further improved.
  • the preheating effect of the mixed gas is further enhanced by passing the supply pipe 7 for supplying fuel gas and the supply pipe 8 for supplying air through the combustion chamber 4.
  • the system shown in FIG. 1 can be configured as follows. As shown in FIG. 3, in addition to the configuration of FIG. 1, this system is configured such that a fuel gas supply pipe 7 and an air supply pipe 8 pass through the combustion chamber 4. Then, by heating the supply pipes 7 and 8 by the combustion heat generated in the combustion chamber 4, the preheated fuel gas and air are sent to the gas mixing section 1 and mixed, and this mixed gas is supplied to the power generation section 2. . This also prevents the temperature drop of the power generation unit 2 due to the gas supply as much as possible, and the power for heating the power generation unit 2 can be reduced.
  • FIG. 2 can be modified as follows. As shown in Fig. 4, in addition to the configuration shown in Fig. 2, this system uses a heat exchanger 9 installed in the combustion chamber 4. The supply pipes 7 and 8 are passed through the supply pipe 7 and the supply pipe 8 and heated by the combustion heat generated in the combustion chamber 4 through the heat exchanger 9. Therefore, in this example, the heat exchanger 9 is used to reduce the electric power that warms the power generation unit 2.
  • the system of the above-described embodiment is incorporated in a gas appliance such as a gas fan heater, and the gas combustion device 3 and combustion chamber 4 of this gas appliance are used as the gas combustion device 3 and combustion chamber 4 of this system. Is used.
  • the system shown in FIG. 3 is incorporated in a gas appliance (such as a water heater) equipped with a heat exchanger, and the heat exchanger of the gas appliance is used as the heat exchanger of this system.
  • the mixed gas is supplied from the mixed gas supply path L to which the mixed gas of the fuel gas and the oxidant gas is supplied to the gas combustion device 3, and the combustion of the gas is performed. Is done.
  • a power generation unit 2 equipped with a fuel cell is arranged in the middle of the mixed gas supply path L, and power generation is performed using the mixed gas supplied to the gas combustion device 3. Accordingly, since the gas combustion device 3 can generate heat while generating heat, it is possible to efficiently use energy.
  • the power generation unit 2 since the power generation unit 2 is installed in the combustion chamber 4 and the power generation unit 2 is heated by the combustion heat generated in the combustion chamber 4, the power generation unit 2 is heated by the combustion heat in the combustion chamber 4.
  • this system can be configured to incorporate the power generation unit 2 into a normal gas appliance. That is, since the power generation unit 2 is arranged on the gas supply path, a conventional gas appliance that does not change the combustion mechanism can be used. Therefore, it is possible to construct a cogeneration system at a low cost.
  • the power generation unit 2 can arrange one fuel cell or a plurality of fuel cells.
  • the gas S flowing in the mixed gas supply path L it is possible to configure the gas S flowing in the mixed gas supply path L to be supplied to each of the plurality of fuel cells (single-chamber SOFC).
  • the output current value can be adjusted. It is also possible to connect multiple fuel cells in series.
  • Fig. 6 shows a second embodiment of a cogeneration system using a fuel cell. It is a system block diagram.
  • the cogeneration system of the present embodiment includes a fuel gas supply pipe 7 and an oxidant supplied with an oxidant gas such as fuel gas (such as city gas and propane gas) and air, respectively.
  • a gas supply pipe 8 is provided and supplied to the gas mixing unit 1.
  • the gas mixing section 1 two gases are mixed, and this mixed gas is supplied to the gas combustion device (panner section) 3 and burned.
  • Both gas supply pipes 7, 8 constitute a gas supply path in the present invention, and a power generation unit 2 including a solid oxide fuel cell is disposed in the middle thereof.
  • This fuel cell has an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode.
  • a fuel electrode is formed on one surface of the electrolyte, and an air electrode is formed on the other surface.
  • the fuel gas is supplied from the fuel gas supply pipe 7 to the fuel electrode side, while the oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply pipe 8 to the air electrode side, thereby generating electric power.
  • the gas mixing unit 1, the gas combustion device 3, and the power generation unit 2 described above are installed in the combustion chamber 4, and the combustion heat generated in the combustion chamber 4, that is, the combustion heat from the gas combustion device 3 is provided.
  • the power generation unit 2 is directly heated to ensure the operating temperature of the power generation unit 2.
  • the operating temperature depends on the material of the fuel cell, it is generally maintained in the temperature range of about 400-1000 ° C.
  • a storage battery 5 that stores electric power generated by the fuel cell and a system control unit 6 are provided outside the combustion chamber 4.
  • the system control unit 6 operates by the electric power generated in the power generation unit 2, and controls the power generation unit 2, the gas mixing unit 1, and the gas combustion device 3. More specifically, the system control unit 6 adjusts the gas flow rate and the gas pressure of each of the fuel gas and the oxidant gas according to a desired output value for the power generation unit 1, and Always measure the gas mixing ratio and adjust it to the set ratio. Furthermore, in the combustion chamber 4 and the power generation unit 2, temperature is measured and managed. In addition, the system control unit 6 is connected to a storage battery 5 and supplies surplus power to the storage battery 5 for charging. Further, when the system is started up, the power charged in the storage battery 5 is used to operate the system control unit 6, and the power generation unit is heated by using this power to heat the startup heater (not shown).
  • the present system includes a detection unit (not shown) that detects the mixture ratio of the mixed gas, and the detection unit. And a gas mixture ratio adjustment unit (not shown) that adjusts the mixture ratio so as to obtain a set mixture ratio based on the detection signal.
  • This gas mixture ratio adjustment unit is an adjustment valve that is provided in the gas supply pipes 7 and 8 from the power generation unit 2 to the gas mixing unit 1 and adjusts the gas supply amount to the gas mixing unit 1, and includes a system control unit 6 Controlled by.
  • a supply pipe (not shown) for supplying new fuel gas that has not passed through the power generation unit 2 and / or a supply pipe for new oxidant ( The gas supply amount may be adjusted by supplying a new fuel gas and / or a new oxidant to the gas mixing section 1 by way of illustration).
  • the power generation unit can be heated by generating heat from the startup heater (not shown) using the power charged in the storage battery 5.
  • the power generation unit 2 a part of the fuel gas and the oxidant gas supplied to the gas mixing unit 1 is consumed by the power generation unit 2. That is, the fuel gas and the oxidant gas that are consumed and discharged from the power generation unit 2 are supplied to the gas mixing unit 1. Therefore, if the supply amount of the gas supplied to the gas mixing unit 1, that is, the gas supplied to both supply pipes 7 and 8, is controlled based on the consumption amount in the power generation unit 2, the gas in the gas combustion device 3 is controlled. Combustion can be brought to a desired state. The control in this case can be performed by the system control unit 6.
  • FIG. 7 shows another example of a cogeneration system using a fuel cell that is effective in the present embodiment.
  • This example differs from that in FIG. 6 in that the fuel gas supply pipe 7 and the air supply pipe 8 are installed in the combustion chamber 4. Further, the lengths of the supply pipes 7 and 8 in the combustion chamber 4 are set so that the gas is preheated to a high temperature state and supplied to the power generation unit 2 while flowing in the supply pipes 7 and 8. As a result, the temperature drop of the power generation unit 2 due to gas supply can be prevented as much as possible, and the fuel utilization efficiency can be improved.
  • FIG. 8 is a system block diagram illustrating still another example of the cogeneration system using the fuel cell according to the present embodiment.
  • a fuel gas supply pipe 7 and an oxidant gas supply pipe 8 pass through the combustion chamber 4.
  • the preheated fuel gas and air are supplied to the power generation unit 2 by heating the supply pipes 7 and 8 with the combustion heat generated in the combustion chamber 4. This can also prevent the temperature drop of the power generation unit 2 due to gas supply as much as possible, and can reduce the power to warm the power generation unit 2.
  • FIG. 9 is a system block diagram showing still another example of the cogeneration system using the fuel cell according to the present embodiment.
  • a heat exchanger 9 is connected to the gas combustion device 3, and combustion heat generated in the gas combustion device 3 heats the supply pipes 7 and 8 via the heat exchanger 9.
  • the combustion chamber 4 is passed through the supply pipe 7 and the supply pipe 8, and is preheated to a high temperature state while the gas flows through the supply pipes 7 and 8, and is supplied to the power generation unit 2.
  • the length of the supply pipes 7 and 8 in the combustion chamber 4 is set.
  • the temperature drop of the power generation unit 2 due to gas supply can be prevented as much as possible, and the fuel utilization efficiency can be improved.
  • Each system described above is incorporated into a gas appliance such as a gas fan heater, and the gas combustion device 3 and combustion chamber of the gas appliance are used as the gas combustion device 3 and combustion chamber 4 of this system.
  • the system shown in Fig. 9 is incorporated in a gas appliance (such as a water heater) equipped with a heat exchanger, and the heat exchanger of the gas appliance is used as the heat exchanger for this system.
  • these gases are supplied to the gas mixing section 1 via the fuel gas supply pipe 7 and the oxidant gas supply pipe 8 to which fuel gas and oxidant gas are supplied, respectively. Supplied. Then, the mixed gas mixed in the gas mixing section 1 is supplied to the combustion device 3 so that the gas is burned.
  • the power generation unit 2 equipped with the fuel cell is disposed in the middle of the supply pipes 7 and 8, and power generation is performed using the fuel gas and the oxidant gas supplied to the gas mixing unit 1. ing. Therefore, it is possible to generate electric power while generating heat with the gas combustion device, so that efficient use of energy becomes possible.
  • the generated electricity can be used as a power source for operating this system, or can be used for temperature control of heat discharged from the gas combustion device 3.
  • the power generation unit 2 is installed in the combustion chamber 4, and the gas combustion device 3 generates power. Since the power generation unit 2 is heated by the generated combustion heat, the power generation unit 2 can be directly heated by the combustion heat in the combustion chamber, and the heating efficiency of the power generation unit 2 can be improved.
  • this system can be configured by incorporating the power generation unit 2 into a normal gas appliance. That is, since the power generation unit 2 is arranged in the middle of the gas supply pipes 7 and 8, a conventional gas appliance without changing the combustion mechanism can be used. Therefore, it is possible to construct a cordage energy system at a low cost.
  • a plurality of fuel cells can be disposed in the power generation unit 2 by using a single fuel cell.
  • the fuel gas flowing through the fuel gas supply pipe 7 is supplied to each fuel electrode of three fuel cells (two-chamber SOFC), and the oxidant gas supply pipe 8 is provided.
  • a flowing oxidant gas can be supplied to each air electrode.
  • the gas that has passed through each electrode is supplied to the gas mixing section 1 through the supply pipes 7 and 8. At this time, if a plurality of fuel cells are connected in parallel, it is possible to adjust the output current value.
  • a plurality of fuel cells can also be connected in series.
  • the combustion chambers in the first and second embodiments contain a combustion device such as a panner, and a space in which the power generation unit also housed can be heated by combustion heat generated from the combustion device. You should have it.
  • a combustion device such as a panner
  • a space in which the power generation unit also housed can be heated by combustion heat generated from the combustion device. You should have it.
  • a supply pipe for supplying necessary gas is introduced, a combustion device such as a burner is accommodated, and a blowout port for blowing warm air heated by the combustion device is also provided.
  • a case with a equator corresponds to a combustion chamber.
  • the casing can be mainly composed of stainless steel.
  • FIG. 11 is a system block diagram showing a cogeneration system using the fuel cell according to the present embodiment.
  • the present cogeneration system includes a power generation unit 1, a gas mixing unit 3, a combustion chamber 5, a system control unit 7, and a storage battery 9.
  • the power generation unit 1 is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate power. More specifically, the power generation unit 1 is provided with a solid oxide fuel cell, and this fuel cell includes an electrolyte, a fuel, and a fuel cell. It has a fuel electrode and an air electrode.A fuel electrode is formed on one side of the electrolyte, and an air electrode is formed on the other side. The electrolyte is used as a partition wall and is divided into two chambers: the fuel electrode side and the air electrode side. Yes. Electric power is generated by supplying fuel gas to the fuel electrode side and oxidant gas to the air electrode side. Although the operating temperature depends on the fuel cell material, it is generally maintained in the temperature range of about 400 to 1000 ° C.
  • the fuel gas and the oxidant gas used in this way are discharged from the power generation unit 1 as exhaust gases and supplied to the gas mixing unit 3.
  • the exhaust gas is mixed in the gas mixing unit 3 and discharged from the gas mixing unit 3 as a mixed gas.
  • the combustion chamber 5 is supplied with the mixed gas discharged from the gas mixing section 3, and burns the mixed gas as a fuel. More specifically, the combustion chamber 5 has a gas combustion device (burner unit) 51 inside, and the gas mixture from the gas mixing unit 3 is supplied to the gas combustion device 51 for combustion.
  • the fuel gas supply pipe 13 and the oxidant gas supply pipe 15 for supplying the fuel gas and the oxidant gas to the system pass through the combustion chamber 5, so that the gas combustion device 51 in the combustion chamber 5 Part of the combustion heat generated by this combustion preheats the fuel gas and oxidant gas.
  • the preheated fuel gas and oxidant gas are supplied to the power generation unit 1.
  • the combustion chamber 5 and the gas combustion device 51 are used as a combustion chamber and a gas combustion device of a gas appliance such as a gas fan heater.
  • the system control unit 7 is operated by the electric power generated in the power generation unit 1, and controls the power generation unit 1, the gas mixing unit 3, and the combustion chamber 5. More specifically, the system control unit 7 adjusts the gas flow rate and the gas pressure of each of the fuel gas and the oxidant gas according to a desired output value for the power generation unit 1, and Always measure the gas mixing ratio and adjust it to the set ratio. Furthermore, in the combustion chamber 5 and in the power generation unit 1, temperature is measured and managed. In addition, the storage battery 9 is connected to the system control unit 7, and surplus power is supplied to the storage battery 9 for charging. Furthermore, the system controller 7 can be operated using the power charged in the storage battery 9 at the time of system startup, and furthermore, the power charged in the storage battery 9 can be used to heat the power generation unit 1. it can.
  • a fuel electrode is formed on one surface of the electrolyte, and an air electrode is formed on the other surface.
  • the fuel electrode is supplied to the fuel electrode, and an oxidant gas is supplied to the air electrode.
  • the solid oxide fuel cell is described as being charged, a known solid polymer fuel cell can be used instead of the solid oxide fuel cell.
  • the exhaust gas from the power generation unit 1 is used for combustion in the gas combustion device 51, and further, the combustion heat generated by the gas combustion device 51 is used as fuel gas and oxidization.
  • the agent gas for preheating the fuel utilization efficiency can be improved.
  • the system shown in FIG. 12 includes a power generation unit 1, a gas mixing unit 3, a combustion chamber 5, a system control unit 7, and a storage battery 9, similarly to the system of FIG.
  • the fuel gas and the oxidant gas are supplied to the gas mixing unit 3 to form a mixed gas.
  • the mixed gas is supplied to the power generation unit 1 to generate power.
  • the power generation unit 1 includes a single-chamber solid oxide fuel cell, and the fuel cell includes an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode, which is different from the system shown in FIG.
  • the fuel electrode side and the air electrode side are not separated and are a single chamber.
  • a fuel cell can be constructed.
  • the single-chamber solid oxide fuel cell has a structure in which a fuel electrode is disposed on one side of the electrolyte and an air electrode is disposed on the other side through the electrolyte, and a pair of electrolytes on one side of the electrolyte.
  • the mixed gas discharged from the power generation unit 1 is burned by the gas combustion device 51 in the combustion chamber 5 as in the system of FIG. Then, the fuel gas supply pipe 13 and the oxidant gas supply pipe 15 that pass through the combustion chamber 5 are heated, and the preheated fuel gas and oxidant gas are supplied to the power generation unit 1.
  • the system control unit 7 and the storage battery 9 have the same functions as the system of FIG. 11. [0136] According to the above configuration, in addition to the effects that can be obtained with the system of FIG. Effect of Further can be obtained. That is, since the single-chamber solid oxide fuel cell that generates power using a mixed gas of fuel gas and oxidant gas is used for the power generation unit 1, the gas supply line can be simplified and the system structure can be simplified. Can be simplified.
  • the combustion heat generated in the gas combustion device 51 is used to preheat both the fuel gas and the oxidant gas. You can preheat it. Further, the heat generated by the gas combustion device 51 may be transferred to the power generation unit 1.
  • the heat exchanger 11 is further provided, and the combustion heat generated in the gas combustion device 51 is externally used in a water heater or the like through the heat exchanger 1, Fuel gas and oxidant gas can be preheated.
  • FIG. 14 is a system block diagram showing an embodiment of a cordage energy system using a fuel cell.
  • this cogeneration system includes a power generation unit 1, a combustion chamber 3, a system control unit 5, and a storage battery 7.
  • Combustion chamber 3 is combusted by supplying a combustible fuel to which an oxidant gas is appropriately added. More specifically, the combustion chamber 3 has a gas combustion device (burner portion) 31 inside, and the combustible fuel and the oxidant gas are supplied to the gas combustion device 31 and combustion is performed. Then, combustion products are discharged from the gas combustion device 31.
  • combustible fuel hydrocarbon gas and liquid fuel can be used. Examples of hydrocarbon gas include methane, ethane, propane, butane, city gas, DME, and other carbon numbers. Four or less lower alcohol gases can be listed, and examples of liquid fuels include kerosene and gasoline.
  • the combustion product is generated by burning the combustible fuel, and here, carbon dioxide, water vapor, nitrogen oxide, carbon monoxide, non-combusted hydrocarbon, sulfur oxide. In addition, non-burning hydrocarbons are mainly used for power generation in the power generation section 1 described later. This combustion product also contains oxygen. [0142]
  • the combustion product discharged from the gas combustion device 31 in the combustion chamber 3 is supplied to the power generation unit 1 to generate power. More specifically, the power generation unit 1 includes a single-chamber solid oxide fuel cell.
  • the fuel cell includes an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode. The fuel electrode side and the air electrode side It is not divided into single rooms.
  • the single-chamber solid oxide fuel cell has a structure in which a fuel electrode is disposed on one surface of the electrolyte and an air electrode is disposed on the other surface through the electrolyte, and a pair of surfaces on the one surface of the electrolyte. There are two structures: a fuel electrode and an air electrode arranged at predetermined intervals.
  • the system control unit 5 is operated by the electric power generated in the power generation unit 1 to control the power generation unit 1 and the combustion chamber 3. More specifically, the system control unit 5 adjusts the gas flow rate and gas pressure of the combustion product according to a desired output value for the power generation unit 1, and in the combustion chamber 3 and the power generation unit 1, Measure the temperature and manage it.
  • the system control unit 5 is connected to the storage battery 7, and supplies the surplus power to the storage battery 7 for charging. Furthermore, when the system is started up, the power charged in the storage battery 7 can be used to operate the system control unit 5, and furthermore, the power charged in the storage battery 7 can be used to heat the power generation unit 1. It ’s all right.
  • the system control unit 5 detects the discharge amount of the combustion product discharged from the combustion chamber 31, and controls the supply amount of fuel and oxidant gas supplied to the combustion chamber 3 based on this detection amount. To do. At this time, it is possible to detect the components of the exhausted combustion products and to control the optimum supply amounts of fuel and oxidant gas based on the detected components. Further, based on these, the combustion state of the gas combustion device 31 can be controlled.
  • the combustion products discharged from the gas combustion device 31 are supplied to the power generation unit 1 to generate power, so that it is possible to improve fuel utilization efficiency.
  • the system control unit 6 detects the emission amount, composition, etc. of the combustion products discharged from the combustion chamber 3. The amount of combustion products required for the power generation unit 1 can always be maintained in an optimal state because the amount of oxidant gas and fuel supplied to the combustion chamber 3 is controlled based on this information.
  • the oxidant gas may be supplied to the combustion product discharged from the combustion chamber 3. This is because, depending on the combustion state of the gas combustion device 31, there may be a small component of the oxidant gas contained in the exhausted combustion product. Therefore, with the above configuration, it is possible to supply the power generation unit 1 with the gas having the optimum component for power generation. In this case, the component of the combustion product discharged from the gas combustion device 31 can be detected, and the supply amount of the oxidant gas can be determined based on this. Of course, the supply amount of the oxidant gas supplied to the combustion product can be controlled while adjusting the supply amount of the fuel and the oxidant gas supplied to the gas combustion device 31.
  • the oxidant gas is supplied to the combustion product by an oxidant gas supply means (not shown).
  • the power generation unit 1 is described using a single-chamber solid oxide fuel cell, but instead of a single-chamber solid oxide fuel cell, a two-chamber solid oxide fuel cell is used.
  • a physical fuel cell or a polymer electrolyte fuel cell may be used.
  • the oxidant gas is separately supplied to the power generation unit 1, and the oxidant gas and the combustion products discharged from the gas combustion device 31 are supplied to generate power.
  • the fuel cell included in the power generation unit 1 includes an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode. The fuel electrode is formed on one surface of the electrolyte, and the air electrode is formed on the other surface.
  • the apparatus further includes a reformer 9 that reforms the combustion product discharged from the gas combustion device 31, and supplies the reformed combustion product to the power generation unit 1.
  • a humidifier 13 can be provided.
  • a filter can be provided, and this trap device and filter can remove nitrogen oxides, carbon monoxide, and sulfur oxides in combustion products.
  • the humidifier 13 when the fuel cell is a solid oxide fuel cell, it is possible to suppress carbon deposition accompanying the cell reaction.
  • the power generation unit 1 may be directly heated by the combustion heat generated in the gas combustion device 31 in the combustion chamber 3. it can . More specifically, a gas combustion device 31 and a power generation unit 1 are provided in the combustion chamber 3, and the gas combustion device 31 is supplied with combustible fuel and oxidant gas, and the combustible gas and oxidant gas are supplied. Is burned as fuel. Then, the oxidant gas and the combustion product discharged from the gas combustion device 31 are supplied to the power generation unit 1, and the power generation unit 1 generates electricity using the combustion product and the oxidant gas.
  • the combustion chamber only needs to have a space that can heat the power generation unit with heat from the combustion device as described above.
  • the fuel utilization efficiency can be further improved by supplying the gas mixture discharged from the power generation unit 1 to the gas combustion device 31 and circulating it.
  • the oxidant gas is mixed with the combustion products discharged from the combustion chamber.
  • the oxidant gas may not be supplied. Also good.
  • the system according to Figs. 14 to 19 described above is configured by attaching a power generation unit having a fuel cell to an existing apparatus having a combustion chamber, such as a gas appliance, a car, or a motorcycle. it can.
  • a combustion chamber such as a gas appliance, a car, or a motorcycle.
  • the combustion product discharged from the combustion chamber only needs to be configured to be supplied to the fuel cell. Therefore, it is not necessary to add a particularly powerful configuration at low cost.
  • One generation system can be constructed.
  • a cordage energy system using a fuel cell that can further increase power generation efficiency is provided.

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Abstract

　本発明に係る燃料電池を用いたコージェネレーションシステムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスが供給される混合ガス供給路Ｌと、混合ガス供給路Ｌを経た混合ガスを燃焼させるガス燃焼装置３１と、このガス燃焼装置３１を収容する燃焼室３と、混合ガス供給路Ｌ上に配置され、当該供給路を流れる混合ガスによって発電する燃料電池を少なくとも一つ有する発電部２とを備え、この発電部２を燃焼室３内に設置し、当該燃焼室３で発生する燃焼熱によって発電部２を加熱するように構成している。 　

Description

明 細 書
燃料電池を用いたコージェネレーションシステム
技術分野
[0001] 本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電する燃料電池を用いたコージエネレ ーシヨンシステムに関する。
背景技術
[0002] コージェネレーションシステムとは、一次エネルギーから連続的に、しかも同時に 2 種類以上の二次エネルギーを発生させるシステムである。その中でも、発電効率が 高ぐ環境負荷ガスが発生しない燃料電池を用いたコージェネレーションシステムが 近年注目を浴び、開発が活発に行われている。
[0003] この種の燃料電池を用いたコージェネレーションシステムとして、例えば特開 2002 — 168439号公報には、燃料電池からの排ガスをパーナ部にて燃焼させ、パーナ部 で発生する熱で発電部を加熱するシステムが提案されている。
[0004] し力しながら、従来の燃料電池を用いたコージェネレーションシステムは、発電効率 が十分とは言えず、さらなる改良が望まれていた。
[0005] 本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、発電効率をさらに高め ることができる燃料電池を用いたコージェネレーションシステムを提供することを目的 とする。
発明の開示
[0006] (第 1の発明）
本発明に係る第 1の燃料ガスを用レ、たコージエネレーションシステムは、燃料ガスと 酸化剤ガスとの混合ガスが供給される混合ガス供給路と、前記混合ガス供給路を経 た混合ガスを燃焼させるガス燃焼装置と、前記ガス燃焼装置を収容する燃焼室と、前 記混合ガス供給路上に配置され、当該供給路を流れる混合ガスによって発電する燃 料電池を少なくとも一つ有する発電部とを備え、前記発電部を前記燃焼室内に設置 し、当該燃焼室で発生する燃焼熱によって前記発電部を加熱するように構成したこと を特徴とする。 [0007] 上記システムでは、前記燃焼室で発生する燃焼熱によって前記発電部を加熱して 当該発電部の動作温度を確保するように構成することができる。
[0008] 上記システムでは、前記燃料電池を、電解質、燃料極、及び空気極を有しており、 前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの混合ガスを供給することにより発電する単室型 の固体酸化物燃料電池とすることができる。
[0009] 上記システムでは、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを混合するガス混合部をさ らに備えることができる。
[0010] 上記システムでは、前記ガス混合部を前記燃焼室内に設置して前記混合ガスを予 熱すること力 sできる。
[0011] 上記システムでは、前記発電部に燃料ガスを供給する供給管及び前記発電部に 酸化剤ガスを供給する供給管の少なくとも一方を前記燃焼室内に設置してガスを予 熱すること力 sできる。
[0012] 上記システムでは、前記燃焼室内に設置される熱交換器をさらに備え、当該熱交 換器を介して前記燃焼室で発生する燃焼熱によって前記燃料ガス及び前記酸化剤 ガスを予熱して前記発電部に供給することができる。
[0013] 上記システムでは、前記燃料電池によって発電された電力を蓄える蓄電池をさらに 備えることができる。
[0014] 上記システムでは、前記各部を制御するシステム制御部をさらに備えることができる
[0015] 上記システムでは、前記システム制御部力 前記燃料電池で消費される混合ガス 量を考慮して、所望の燃焼状態を維持するように、前記ガス燃焼装置に供給される 混合ガスの供給量を制御することができる。
[0016] 上記システムでは、前記発電部は、複数個の燃料電池を有しており、前記混合ガス 供給路を通過する混合ガスを前記各燃料電池に供給することができる。
[0017] 上記第 1の発明によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスが供給される混合ガ ス供給路からガス燃焼装置へと混合ガスが供給され、ガスの燃焼が行われる。そして 、この発明では、燃料電池を備えた発電部を混合ガス供給路上に配置し、ガス燃焼 装置へと供給される混合ガスを利用して発電を行っている。したがって、ガス燃焼装 置によって熱を発生させつつ、発電も行うことができるため、効率的なエネルギーの 利用が可能となる。なお、発電された電気は、このシステムを稼働するための電源と して使用したり、ガス燃焼装置から排出された熱の温度制御などに用いることができ る。さらに、この発明では、発電部を燃焼室内に設置し、この燃焼室で発生する燃焼 熱によって発電部を加熱するので、発電部を燃焼室内の燃焼熱によって直接加熱 することができて発電部の加熱効率を向上させることができる。その結果、発電効率 を高めることができる。
[0018] また、発電部の燃料電池として単室型の固体酸化物形燃料電池を使用することに より、ガス供給路を簡素化することができる。
[0019] また、ガス混合部を設けることにより、燃焼室又は発電部に混合ガスをより安定して 供給すること力 Sできる。
[0020] また、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方を前記燃焼室で発生す る燃焼熱によって予熱すると、ガス供給による発電部の温度低下を極力防ぐことがで き、発電部を暖める電力を削減することができる。
[0021] また、前記燃料電池によって発電される電力を蓄える蓄電池を備えると、発電部で 発生する電力の余剰分を蓄電池にて充電することができる。
[0022] さらに、システム制御部を設け、該システム制御部によって例えばガス燃焼装置及 び燃焼室へのガス供給量を調整すれば、適切な発電及び燃焼を行うことができ、燃 料ガスや酸化剤ガスの使用量を削減することもできる。特に、燃料電池では混合ガス を消費するため、これを考慮してガス燃焼装置への混合ガスの供給量を制御すれば 、ガスの燃焼を最適な状態に維持することができる。また、発電部は種々の構成をと ること力 Sでき、例えば燃料電池を複数配置し、混合ガス供給路の混合ガスが各燃料 電池それぞれに供給されるように構成することができる。したがって、複数の燃料電 池を並列に接続して利用することができる。
[0023] (第 2の発明）
本発明に係る第 2の燃料電池を用いたコージェネレーションシステムは、燃料ガス 及び酸化剤ガスが別々に供給されるガス供給路と、前記ガス供給路を経た前記燃料 ガス及び酸化剤ガスを混合するガス混合部と、前記ガス混合部で混合された混合ガ スを燃焼させるガス燃焼装置が収容された燃焼室と、前記ガス供給路上に配置され
、燃料ガスと酸化剤ガスとが別々に供給されて発電する燃料電池を有する発電部と を備え、前記発電部が前記燃焼室内に設置され、当該燃焼室内で発生する燃焼熱 によって前記発電部を加熱するように構成されてレ、る。
[0024] 上記システムでは、前記燃焼室で発生する燃焼熱によって前記発電部を加熱して 当該発電部の動作温度を確保するように構成することができる。
[0025] また、上記システムでは、前記燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有して おり、前記電解質の一方面に燃料極が、他方面に空気極が形成されており、前記燃 料極に燃料ガスを、空気極に酸化剤ガスをそれぞれ供給することにより発電するよう に構成することができる。
[0026] また、上記システムでは、燃料電池を、固体高分子形燃料電池又は固体酸化物形 燃料電池とすることができる。
[0027] また、上記システムでは、混合ガスの混合比を検出する検出部と、当該検出部から の検出信号に基づいて設定混合比となるように混合比を調整するガス混合比調整部 とをさらに備えるようにすることができる。
[0028] また、上記システムでは、ガス供給路は、燃料ガスを供給する燃料ガス供給管及び 酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給管によって構成され、両供給管の少なくとも 一方を前記燃焼室内に設置してガスを予熱するように構成することができる。
[0029] また、上記システムでは、前記燃焼室内に設置される熱交換器をさらに備えており
、当該熱交換器を介して、前記燃焼室で発生する燃焼熱によって前記燃料ガス及び 前記酸化剤ガスを予熱して前記発電部に供給するように構成することができる。
[0030] また、上記システムでは、前記燃料電池によって発電された電力を蓄える蓄電池を さらに備えるように構成することができる。
[0031] また、上記システムでは、前記各部を制御するシステム制御部をさらに備えるように すること力 Sできる。
[0032] また、上記システム制御部は、前記燃料電池で消費されるガス量に基づいて、所望 の燃焼状態を維持するように、前記ガス混合部に供給される燃料ガス及び酸化剤ガ スの供給量を制御するように構成することができる。 [0033] また、前記発電部は、複数個の燃料電池を有しており、前記ガス供給路を通過する 燃料ガス及び酸化剤ガスは前記各燃料電池に供給されるように構成することができ る。
[0034] 上記第 2の発明によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとが別々に供給されるガス供給路 を介してこれらのガスがガス混合部へ供給される。そして、このガス混合部において 混合された混合ガスが燃焼装置へ供給されることで、ガスの燃焼が行われる。ここで 、本発明では、燃料電池を備えた発電部をガス供給路上に配置し、ガス混合部へと 供給される燃料ガス及び酸化剤ガスを利用して発電を行っている。したがって、ガス 燃焼装置によって熱を発生させつつ、発電も行うことができるため、効率的なェネル ギ一の利用が可能となる。なお、発電された電気は、このシステムを稼働するための 電源として使用したり、ガス燃焼装置から排出された熱の温度制御などに用いること 力 Sできる。さらに、本発明では、発電部を燃焼室内に設置し、この燃焼室内で発生す る燃焼熱、つまりガス燃焼装置からの熱によって発電部を加熱するので、発電部を燃 焼室内の燃焼熱によって直接加熱することができて発電部の加熱効率を向上させる こと力 Sできる。その結果、発電効率を高めることができる。
[0035] また、ガス混合部を設けることにより、ガス燃焼装置に混合ガスをより安定して供給 すること力 Sできる。
[0036] また、前記混合ガスの混合比を検出する検出部と、該検出部からの検出信号に基 づいて設定混合比となるように混合比を調整するガス混合比調整部とを備えると、前 記ガス燃焼装置の安定した燃焼を確保することができる。
[0037] また、前記発電部に供給される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一 方を前記燃焼室で発生する燃焼熱を利用して予熱すると、ガス供給による発電部の 温度低下を極力防ぐことができ、前記発電部を暖める電力を削減することができる。
[0038] また、前記燃料電池によって発電された電力を蓄える蓄電池を備えると、発電部で 発生した電力の余剰分を蓄電池にて充電することができる。
[0039] さらに、システム制御部を設け、該システム制御部によって例えばガス燃焼装置及 び燃焼室へのガス供給量を調整すれば、適切な発電及び燃焼を行うことができ、燃 料ガスや酸化剤ガスの使用量を削減することもできる。特に、燃料電池では燃料ガス 及び酸化剤ガスを消費するため、これに基づいてガス混合部へのガスの供給量を制 御すれば、燃焼装置へのガス供給量を制御できるため、ガスの燃焼を最適な状態に 維持すること力できる。また、発電部は種々の構成をとることができ、例えば燃料電池 を複数配置し、ガス供給路の燃料ガス及び酸化剤ガスが各燃料電池の燃料極及び 空気極それぞれに供給されるように構成することができる。したがって、複数の燃料 電池を並列に接続して利用することができる。
[0040] (第 3の発明）
本発明に係る第 3の燃料電池を用いたコージェネレーションシステムでは、燃料ガ ス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池を有する発電部と、当該発電部よ り排出された排出ガスを燃焼させるガス燃焼装置を有する燃焼室とを備え、前記ガス 燃焼装置で発生する燃焼熱の一部で前記燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一 方を予熱するように構成することができる。
[0041] 上記システムでは、前記燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有しており、 前記電解質の一方面に燃料極、他方面に空気極が形成されており、前記燃料極に 燃料ガス、空気極に酸化剤ガスをそれぞれ供給することにより発電する固体酸化物 形燃料電池又は固体高分子形燃料電池とすることができる。
[0042] 上記システムでは、前記燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有しており、 燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガスを供給することにより発電する単室型の固体酸 化物形燃料電池とすることができる。
[0043] 上記システムでは、前記発電部より排出されガス燃焼装置に供給される排出ガスを 混合するガス混合部をさらに備えることができる。、請求項 22に記載の燃料電池を用 いたコージェネレーションシステム。
[0044] 上記システムでは、前記発電部に供給する燃料ガス及び酸化剤ガスを混合するガ ス混合部をさらに備えることができる。
[0045] 上記システムでは、前記発電部へ供給する燃料ガス及び酸化剤ガスのガス流量及 びガス圧力と、前記発電部及び燃焼室内の温度との少なくとも何れかを制御するシ ステム制御部をさらに備えることができる。
[0046] 上記システムでは、前記ガス混合部のガス混合比率を制御するシステム制御部をさ らに備えることができる。
[0047] 上記システムでは、前記発電部へ燃料ガス及び酸化剤ガスを供給する燃料ガス供 給管及び酸化剤ガス供給管の少なくともいずれ力が、前記燃焼室内を経由すること により、前記ガス燃焼装置で発生する燃焼熱の一部によって燃料ガス及び酸化剤ガ スの少なくともいずれかが予熱される構成とすることができる。
[0048] 上記システムでは、熱交換器をさらに備え、該熱交換器を介して、前記ガス燃焼装 置で発生する燃焼熱の一部によって燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくともいずれか を予熱する構成とすることができる。
[0049] 上記システムでは、前記燃料電池によって発電された電力を蓄える蓄電池をさらに 備えることができる。
[0050] 上記第 3の発明によれば、発電部からの排出ガスをガス燃焼装置に再利用するた めに燃料利用効率の向上を図ることができる。その結果、発電効率を高めることがで きる。さらに、ガス燃焼装置にて発生する燃焼熱を燃料ガス等の予熱に利用して燃料 電池の作動温度を高温に維持するための熱とすることができる。
[0051] さらに、発電部の燃料電池として単室型の固体酸化物形燃料電池を使用すること により、ガス供給流路及びガス排出流路を簡素化することができる。
[0052] また、ガス混合部を設けることによりガス燃焼装置又は発電部に、混合ガスをより安 定して供給することができ、熱交換器を設けることにより、より安定して燃料ガス及び /又は酸化剤ガスを予熱することができる。
[0053] さらに、システム制御部を設けて、発電部へ供給する燃料ガス及び酸化剤ガスのガ ス流量及びガス圧力や、発電部及び燃焼室内の温度、ガス混合部のガス混合比率 を制御することにより、燃料ガスや酸化剤ガスの使用量を削減したり、ガス混合部の 混合ガスを設定された最適なガス混合比率にすることもでき、蓄電池をさらに設ける ことにより、発電部で発生した電力の余剰分を蓄電池にて充電することもできる。
[0054] (第 4の発明）
本発明に係る第 4の燃料電池を用いたコージェネレーションシステムは、可燃性燃 料及び酸化剤ガスが供給されて燃焼が行われるガス燃焼装置を有する燃焼室と、前 記ガス燃焼装置での燃焼によって排出された炭化水素系ガスを含む燃焼生成物が 供給されることにより発電する燃料電池を有する発電部とを備えている。
[0055] 上記システムでは、前記燃焼生成物の排出量及び成分の少なくとも一方を検出し、 これに基づいて前記ガス燃焼装置に供給される可燃性燃料及び酸化剤ガスのガス 流量を制御するシステム制御部をさらに備えることができる。
[0056] 上記システムでは、前記発電部に供給される前の前記燃焼生成物に、酸化剤ガス を供給する酸化剤供給手段をさらに有することができる。
[0057] 上記システムでは、前記システム制御部は、前記燃焼生成物の排出量及び成分の 少なくとも一方を検出し、これに基づいて前記酸化剤供給手段から供給される酸化 剤ガスの供給量を制御することができる。
[0058] 上記システムでは、前記燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有しており、 前記酸化剤ガス及び前記ガス燃焼装置から排出された燃焼生成物の混合ガスが供 給されることにより発電する単室型の固体酸化物形燃料電池とすることができる。
[0059] 上記システムでは、前記燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有しており、 前記電解質の一方面に燃料極、他方面に空気極が形成されており、前記燃料極に 前記ガス燃焼装置から排出された燃焼生成物が供給され、前記空気極に前記酸化 剤ガスが供給されることにより発電する固体酸化物形燃料電池とすることができる。
[0060] 上記システムでは、前記燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有しており、 前記電解質の一方面に燃料極、他方面に空気極が形成されており、前記燃料極に 前記ガス燃焼装置から排出された燃焼生成物が供給され、前記空気極に前記酸化 剤ガスが供給されることにより発電する固体高分子型燃料電池であり、前記ガス燃焼 装置力 排出された燃焼生成物を加湿する加湿器をさらに備えることができる。
[0061] 上記システムでは、前記ガス燃焼装置から排出された燃焼生成物を加湿する加湿 器をさらに備えることができる。
[0062] 上記システムでは、前記燃焼室内に前記発電部を設置し、前記燃焼室で発生する 燃焼熱により前記発電部が加熱されるように構成することができる。
[0063] 上記システムでは、前記ガス燃焼装置から排出された前記燃焼生成物を改質する 改質器をさらに備えることができる。
[0064] 上記システムでは、前記ガス燃焼装置に供給される前記可燃性燃料及び酸化剤ガ スの混合ガスの一部を抜き取り、前記発電部に直接供給するバイパスラインを備える こと力 Sできる。
[0065] 上記システムでは、前記発電部から排出された混合ガスが前記ガス燃焼装置に循 環供給されるように構成することができる。
[0066] 上記システムでは、前記システム制御部は、前記発電部及び燃焼室内の温度を制 卸すること力 Sできる。
[0067] 上記システムでは、前記燃料電池によって発電された電力を蓄える蓄電池をさらに 備えることができる。
[0068] 上記第 4の本発明によれば、ガス燃焼装置から排出された燃焼生成物を発電に用 いるために、燃料利用効率を十分に向上させることができる。その結果、発電効率を 高めることができる。また、発電部の燃料電池として、単室型固体酸化物形燃料電池 を使用することにより、ガスの供給流路及びガス排出流路を簡素化することができる。
[0069] また、燃焼室内に発電部を設置することで、燃焼室で発生する燃焼熱により発電部 を直接加熱することができるので、発電部の加熱効率を向上させることができる。
[0070] また、改質器を備えることにより、発電部の燃料電池へ供給する燃焼生成物の水素 濃度を上げ、発電効率を上げることができる。
[0071] また、可燃性燃料の一部を、ガス燃焼装置を経由させずに、発電部に直接供給す ることにより、ガス燃焼装置力 排出された燃焼生成物の供給のみで発電を行ってい る場合と比較して、より大きレ、発電量を得ることができる。
[0072] また、発電部から排出された混合ガスがガス燃焼装置に循環供給され、該ガス燃焼 装置で燃焼させることにより、燃料利用効率をより向上させることができる。
図面の簡単な説明
[0073] [図 1]本発明に係るコージェネレーションシステムの第 1実施形態を示すシステムブロ ック図である。。
[0074] [図 2]図 1のシステムの他の例を示すシステムブロック図である。
[0075] [図 3]図 1のシステムの他の例を示すシステムブロック図である。
[0076] [図 4]図 1のシステムの他の例を示すシステムブロック図である。
[0077] [図 5]第 1実施形態に係るコージェネレーションシステムに用いられる発電部の一例を 示すブロック図である。
[0078] [図 6]本発明に係るコージェネレーションシステムの第 2実施形態を示すシステムブロ ック図である。
[0079] [図 7]図 6のシステムの他の例を示すシステムブロック図である。
[0080] [図 8]図 6のシステムの他の例を示すシステムブロック図である。
[0081] [図 9]図 6のシステムの他の例を示すシステムブロック図である。
[0082] [図 10]第 2実施形態に係るコージェネレーションシステムに用いられる発電部の一例 を示すブロック図である。
[0083] [図 11]本発明に係るコージェネレーションシステムの第 3実施形態を示すシステムブ ロック図である。
[0084] [図 12]図 11のシステムの他の例を示すシステムブロック図である。
[0085] [図 13]図 11のシステムの他の例を示すシステムブロック図である。
[0086] [図 14]本発明に係る燃料電池を用いたコージェネレーションシステムの第 4実施形態 を示すシステムブロック図である。
[0087] [図 15]図 14のシステムの他の例を示すシステムブロック図である。
[0088] [図 16]図 14のシステムの他の例を示すシステムブロック図である。
[0089] [図 17]図 14のシステムの他の例を示すシステムブロック図である。
[0090] [図 18]図 14のシステムの他の例を示すシステムブロック図である。
[0091] [図 19]図 14のシステムの他の例を示すシステムブロック図である。
発明を実施するための最良の形態
[0092] 以下、本発明に係る燃料電池を用いたコージェネレーションシステムの実施形態に ついて図面を参照しつつ説明する。
[0093] (第 1実施形態）
図 1は、燃料電池を用いたコージェネレーションシステムの第 1実施形態を示すシス テムブロック図である。
[0094] 本実施形態のコージェネレーションシステムは、燃料ガス（例えばプロパンガスや都 巿ガスなど）及び酸化剤ガス（例えば空気など）を混合するガス混合部 1と、このガス 混合部 1から混合ガスを供給されるガス燃焼装置 (パーナ部） 3とを備えており、ガス 燃焼装置 3は燃焼室 4内に配置されている。ガス混合部 1からガス燃焼装置 3に至る 混合ガス供給路 Lには、燃料電池を有する発電部 2が配置されており、この発電部 2 も燃焼室 4に配置されている。そのため、この発電部 2は、燃焼室 4で発生する燃焼 熱によって直接加熱されるように構成され、発電部 2の動作温度が確保されるように なっている。また、このシステムには、燃料電池によって発電される電力を蓄える蓄電 池 5と、システム制御部 6とが設けられている。システム制御部 6は、ガス燃焼装置 3に 供給される混合ガスの供給量等が制御される。
[0095] 本システムでは、まず、燃料ガスを供給する燃料ガス供給管 7及び酸化剤ガスを供 給する酸化剤ガス供給管 8により、燃料ガス及び空気がガス混合部 1に供給されて混 合ガスとなる。
[0096] 上述したように、発電部 2は混合ガス供給路 L上に配置されているため、供給路 Lを 流れる混合ガスを利用して発電を行う。より詳細には、発電部 2は単室型の固体酸化 物形燃料電池を備えており、この燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有し、 燃料極側と空気極側に分かれておらず、単室となっている。そして、燃料ガス及び空 気の混合ガスが供給されると、燃料極と空気極との二つの電極がガス選択性を有し ているため、前記電極間に電圧が発生して発電する。また、この単室型の固体酸化 物燃料電池の構造としては、電解質を介すように電解質の一方面に燃料極、他方面 に空気極を配置した構造と、電解質の一方面に一対の燃料極及び空気極を所定間 隔をおいて配置した構造との二つの構造がある。作動温度は燃料電池の材質にもよ る力 一般的に約 400〜： 1000°C程度の温度域で保たれている。
[0097] このように、発電部 2では、混合ガスの一部が使用されるのである力 発電に用いら れたガスは混合ガス供給路 Lに戻される。そして、ガス混合部 1からの混合ガスととも に、ガス燃焼装置 3に供給され、この混合ガスを燃料として燃焼させる。ガス燃焼装 置 3に混合ガスが供給されて燃焼が行われ、また、燃焼室 4で発生する燃焼熱によつ て発電部 2を直接加熱してこの発電部 2の動作温度を確保する。なお、混合ガスの全 部が発電部 2を通過するようにすることもできる。
[0098] システム制御部 6は、発電部 2で生じた電力により作動し、発電部 2や、ガス混合部 1、ガス燃焼装置 3を制御する。より詳細には、システム制御部 6は、発電部 1に対す る所望の出力値に応じて、燃料ガス及び酸化剤ガスの各々のガス流量やガス圧力を 調整し、また、ガス混合部 1におけるガスの混合比率を常時測定し、設定された比率 となるように調整する。さらには、燃焼室 4内及び発電部 2においては、温度測定をし 、その管理を行う。また、システム制御部 6は、蓄電池 5が接続されており、該蓄電池 5 へ余剰電力を供給して充電を行う。さらに、システム起動時には蓄電池 5に充電され た電力を使い、システム制御部 6を作動させ、また、該電力を使って図外の起動用ヒ 一ターを発熱させて発電部を加熱する。さらに、このシステムでは、ガス供給路 Lを流 れる混合ガスの一部が発電部 2によって消費されている。つまり、発電部 2で消費さ れ、そこから排出された混合ガスがガス燃焼装置 3に供給される。そのため、発電部 2 での混合ガスの消費量に基づいてガス混合部 1からの混合ガス供給量を制御すれ ば、ガス燃焼装置 3でのガスの燃焼を最適な状態に維持することができる。この場合 の制御は、システム制御部 6によって行うことができる。
[0099] ところで、図 1に示すシステムは、図 2のように変形して構成することができる。この 例では、ガス混合部 1を燃焼室 4内に設置し、混合ガスを予熱するようになつている。 これによつてガス供給による発電部 2の温度低下を極力防ぐことができ、燃料利用効 率の向上をより図ることができる。
[0100] 更に、この例では、燃料ガス供給用の供給管 7及び空気供給用の供給管 8を、燃焼 室 4内を通過させることにより、混合ガスの予熱効果を更に高めている。
[0101] なお、その他の構成は、図 1と同じであるので、図 1で用いた符号と同符号を図面に 付すことにより、それらの説明を省略する。
[0102] また、図 1に示すシステムは、次のように構成することができる。図 3に示すように、こ のシステムは、図 1の構成に加えて、燃焼室 4内を燃料ガスの供給管 7及び空気の供 給管 8が通過するようになっている。そして、燃焼室 4で発生する燃焼熱によって供給 管 7, 8を加熱することにより、予熱された燃料ガス及び空気をガス混合部 1に送って 混合し、この混合ガスを発電部 2に供給する。これによつてもガス供給による発電部 2 の温度低下を極力防ぐことができ、発電部 2を暖める電力を削減することができる。
[0103] また、図 2に示すシステムは、次のように変形して構成することができる。図 4に示す ように、このシステムは、図 2の構成に加えて、燃焼室 4内に設置される熱交換器 9に 供給管 7及び供給管 8を通過させ、熱交換器 9を介して、燃焼室 4で発生する燃焼熱 によって供給管 7， 8を加熱する。したがって、この例では、熱交換器 9を利用して発 電部 2を暖める電力を削減する。
[0104] 以上の述べた実施形態のシステムはガスファンヒーター等のガス器具に組み込ま れるものであり、本システムのガス燃焼装置 3及び燃焼室 4として、このガス器具のガ ス燃焼装置及び燃焼室が利用される。また、図 3のシステムでは、熱交換器を備えた ガス器具 (給湯器等）に組み込まれ、本システムの熱交換器として、ガス器具の熱交 換器が利用される。
[0105] 以上のように、この実施形態によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスが供給 される混合ガス供給路 Lからガス燃焼装置 3へと混合ガスが供給され、ガスの燃焼が 行われる。そして、燃料電池を備えた発電部 2を混合ガス供給路 Lの途中に配置し、 ガス燃焼装置 3へと供給される混合ガスを利用して発電を行っている。したがって、ガ ス燃焼装置 3によって熱を発生させつつ、発電も行うことができるため、効率的なエネ ルギ一の利用が可能となる。また、この実施形態では、発電部 2を燃焼室 4内に設置 し、この燃焼室 4で発生する燃焼熱によって発電部 2を加熱するので、発電部 2を燃 焼室 4内の燃焼熱によって直接加熱することができて発電部 2の加熱効率を向上さ せること力 Sできる。また、このシステムでは、通常のガス器具に発電部 2を組み込んで 構成すること力 Sできる。すなわち、ガスの供給路上に発電部 2を配置しているため、燃 焼機構を変更することなぐ従来のガス器具を用いることができる。したがって、低コス トでコ一ジェネレーションシステムを構築することが可能となる。
[0106] また、上記実施形態に係るシステムにおいて、発電部 2は、一つの燃料電池を配置 することもできるし、複数の燃料電池を配置することもできる。その場合、図 5に示すよ うに、混合ガス供給路 Lを流れるガスが複数の燃料電池（単室型 SOFC)それぞれに 供給されるように構成すること力 Sできる。このとき、複数の燃料電池を並列に接続する と、出力電流値を調整することが可能となる。また、複数の燃料電池を直列に接続す ることちでさる。
[0107] (第 2実施形態）
図 6は、燃料電池を用いたコージェネレーションシステムの第 2実施形態を示すシス テムブロック図である。
[0108] 同図に示すように、本実施形態のコージェネレーションシステムは、燃料ガス（都巿 ガスやプロパンガスなど)及び空気等の酸化剤ガスがそれぞれ供給される燃料ガス 供給管 7及び酸化剤ガス供給管 8を備えており、これがガス混合部 1に供給される。 ガス混合部 1では 2つのガスが混合され、この混合ガスがガス燃焼装置 (パーナ部） 3 に供給されて燃焼される。両ガス供給管 7, 8が本発明におけるガス供給路を構成し ており、その途中には固体酸化物形燃料電池を備えた発電部 2が配置されている。 この燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有し、電解質の一方面に燃料極、 他方面に空気極が形成されている。また、電解質を隔壁として燃料極側と空気極側 との二室に分かれており、いわゆる二室型の固体酸化物形燃料電池を構成している 。そして、燃料極側には燃料ガス供給管 7から燃料ガスが供給される一方、空気極側 には酸化剤ガス供給管 8から酸化剤ガスが供給され、これによつて発電が行われる。
[0109] 上述したガス混合部 1、ガス燃焼装置 3、及び発電部 2は、燃焼室 4内に設置されて おり、この燃焼室内 4で発生する燃焼熱、つまりガス燃焼装置 3からの燃焼熱によつ て発電部 2を直接加熱して発電部 2の動作温度を確保するように構成されている。動 作温度は燃料電池の材質にもよるが、一般的に約 400〜1000°C程度の温度域で 保たれている。また、燃焼室 4の外部には、燃料電池によって発電される電力を蓄え る蓄電池 5と、システム制御部 6とが設けられている。
[0110] システム制御部 6は、発電部 2で生じた電力により作動し、発電部 2や、ガス混合部 1、ガス燃焼装置 3を制御する。より詳細には、システム制御部 6は、発電部 1に対す る所望の出力値に応じて、燃料ガス及び酸化剤ガスの各々のガス流量やガス圧力を 調整し、また、ガス混合部 1におけるガスの混合比率を常時測定し、設定された比率 となるように調整する。さらには、燃焼室 4内及び発電部 2においては、温度測定をし 、その管理を行う。また、システム制御部 6は、蓄電池 5が接続されており、この蓄電 池 5へ余剰電力を供給して充電を行う。さらに、システム起動時には蓄電池 5に充電 された電力を使い、システム制御部 6を作動させ、また、この電力を使って図外の起 動用ヒーターを発熱させて発電部を加熱する。
[0111] また、本システムは、混合ガスの混合比を検出する図外の検出部と、この検出部か らの検出信号に基づいて設定混合比となるように混合比を調整する図外のガス混合 比調整部と、を更に備えている。このガス混合比調整部は、発電部 2からガス混合部 1へ至るガス供給管 7, 8に設けられてガス混合部 1へのガス供給量を調整する調整 弁であって、システム制御部 6によって制御される。また、このように調整弁で調整す る代わりに、又はそれに加えて、発電部 2を経ていない新たな燃料ガスを供給する供 給管（図示省略)及び/又は新たな酸化剤の供給管（図示省略）により、新たな燃料 ガス及び/又は新たな酸化剤をガス混合部 1に供給してガス供給量を調整するよう にしても良い。
[0112] なお、システム起動時には、蓄電池 5に充電された電力を使って図外の起動用ヒー ターを発熱させて発電部を加熱するようにすることもできる。
[0113] また、このシステムでは、ガス混合部 1に供給される燃料ガス及び酸化剤ガスの一 部が発電部 2によって消費されている。つまり、発電部 2で消費され、そこから排出さ れた燃料ガス及び酸化剤ガスがガス混合部 1に供給される。そのため、発電部 2での 消費量に基づいてガス混合部 1に供給されるガス、つまり両供給管 7, 8に供給される ガスの供給量を制御すれば、ガス燃焼装置 3でのガスの燃焼を所望の状態にするこ とができる。この場合の制御は、システム制御部 6によって行うことができる。
[0114] 図 7は、本実施形態に力かる燃料電池を用いたコージェネレーションシステムの他
[0115] この例が図 6のものと異なるのは、燃料ガス供給管 7及び空気供給管 8を燃焼室 4 内に設置していることである。さらに、ガスが供給管 7, 8内を流れる間に高温状態に 予熱されて発電部 2に供給されるように燃焼室 4内の供給管 7, 8の長さが設定されて いる。これによりガス供給による発電部 2の温度低下を極力防ぐことができ、燃料利用 効率の向上を図ることができる。
[0116] なお、その他の構成は、図 6と同じであるので、図 6で用いた符号と同符号を図面に 付すことにより、それらの説明を省略する。
[0117] 図 8は、本実施形態に力、かる燃料電池を用いたコージェネレーションシステムのさら に他の例を示すシステムブロック図である。この例では、図 6の構成に加えて、燃焼 室 4内を燃料ガス供給管 7及び酸化剤ガス供給管 8が通過するようになっている。す なわち、燃焼室 4を通過した両ガス供給管 7, 8が一旦燃焼室 4の外部に出た後、再 び燃焼室 4内へ導入されている。そして、燃焼室内 4で発生する燃焼熱によって供給 管 7, 8を加熱することにより、予熱された燃料ガス及び空気を発電部 2に供給する。 これによつてもガス供給による発電部 2の温度低下を極力防ぐことができ、発電部 2を 暖める電力を削減することができる。
[0118] 図 9は、本実施形態に力、かる燃料電池を用いたコージェネレーションシステムのさら に異なる他の例を示すシステムブロック図である。この例では、ガス燃焼装置 3に熱 交換器 9が接続されており、ガス燃焼装置 3で発生する燃焼熱が熱交換器 9を介して 供給管 7, 8を加熱するようになっている。また、図 7のように燃焼室 4内を供給管 7及 び供給管 8を通過させ、ガスが供給管 7, 8内を流れる間に高温状態に予熱されて発 電部 2に供給されるように燃焼室 4内の供給管 7, 8の長さが設定されている。これに よってガス供給による発電部 2の温度低下を極力防ぐことができ、燃料利用効率の向 上を図ることができる。
[0119] 以上に述べた各システムは、ガスファンヒーター等のガス器具に組み込まれるもの であり、本システムのガス燃焼装置 3及び燃焼室 4として、ガス器具のガス燃焼装置 及び燃焼室が利用される。また、図 9のシステムでは、熱交換器を備えたガス器具（ 給湯器等）に組み込まれ、本システムの熱交換器として、ガス器具の熱交換器が利 用される。
[0120] 以上のように、本実施形態によれば、燃料ガス及び酸化剤ガスがそれぞれ供給さ れる燃料ガス供給管 7及び酸化剤ガス供給管 8を介してこれらのガスがガス混合部 1 へ供給される。そして、このガス混合部 1において混合された混合ガスが燃焼装置 3 へ供給されることで、ガスの燃焼が行われる。ここで、この実施形態では、燃料電池を 備えた発電部 2を供給管 7, 8の途中に配置し、ガス混合部 1へと供給される燃料ガス 及び酸化剤ガスを利用して発電を行っている。したがって、ガス燃焼装置によって熱 を発生させつつ、発電も行うことができるため、効率的なエネルギーの利用が可能と なる。なお、発電された電気は、このシステムを稼働するための電源として使用したり 、ガス燃焼装置 3から排出された熱の温度制御などに用いることができる。
[0121] さらに、本実施形態では、発電部 2を燃焼室 4内に設置し、このガス燃焼装置 3で発 生する燃焼熱によって発電部 2を加熱するので、発電部 2を燃焼室内の燃焼熱によ つて直接加熱することができて発電部 2の加熱効率を向上させることができる。また、 このシステムでは、通常のガス器具に発電部 2を組み込んで構成することができる。 すなわち、ガス供給管 7, 8の途中に発電部 2を配置しているため、燃焼機構を変更 することなぐ従来のガス器具を用いることができる。したがって、低コストでコージエネ レーシヨンシステムを構築することが可能となる。
[0122] また、本実施形態においては、発電部 2に一つの燃料電池を配置している力 複数 の燃料電池を配置することもできる。その場合、図 10に示すように、燃料ガス供給管 7を流れる燃料ガスが 3つの燃料電池（二室型 SOFC)の各燃料極に供給されように 構成するとともに、酸化剤ガス供給管 8を流れる酸化剤ガスが各空気極に供給される ように構成することができる。各電極を通過したガスは、各供給管 7， 8を通ってガス混 合部 1に供給される。このとき、複数の燃料電池を並列に接続すると、出力電流値を 調整すること力 S可能となる。また、複数の燃料電池を直列に接続することもできる。 上記第 1及び第 2実施形態における燃焼室とは、パーナ等の燃焼装置を収容するも のであり、燃焼装置から発生する燃焼熱によって、同じく収容されている発電部をカロ 熱できるような空間を有していればよレ、。例えば、本システムをガス器具に用いる場 合、必要なガスを供給する供給パイプが導入され、バーナー等の燃焼装置が収容さ れ、さらに、その燃焼装置により暖められた温風を吹出す吹出し口を備えているよう な筐体が燃焼室に相当する。この場合、筐体は、主に、ステンレス材力 構成するこ とができる。
[0123] (第 3実施形態）
以下、本発明に係る燃料電池を用いたコージェネレーションシステムの第 3実施形 態について図 11を参照しつつ説明する。図 11は、本実施形態に係る燃料電池を用 いたコージェネレーションシステムを示すシステムブロック図である。
[0124] 図 11に示すように、本コージェネレーションシステムは、発電部 1、ガス混合部 3、燃 焼室 5、システム制御部 7、及び蓄電池 9を備えている。
[0125] 発電部 1には、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、発電が行われる。より詳細に は、発電部 1は固体酸化物形燃料電池を備えており、この燃料電池は、電解質、燃 料極、及び空気極を有しており、電解質の一方面に燃料極、他方面に空気極が形 成されており、電解質を隔壁として燃料極側と空気極側との二室に分かれている。そ して、燃料極側に燃料ガス、空気極側に酸化剤ガスを供給することにより、発電が行 われる。作動温度は燃料電池の材質にもよるが、一般的に約 400〜： 1000°C程度の 温度域で保たれている。
[0126] このようにして使用された燃料ガス及び酸化剤ガスは、発電部 1よりそれぞれ排出 ガスとして排出され、ガス混合部 3に供給される。そして、ガス混合部 3内で排出ガス は混合し、混合ガスとしてガス混合部 3より排出される。
[0127] 燃焼室 5は、ガス混合部 3から排出された混合ガスが供給され、この混合ガスを燃 料として燃焼させる。さらに詳細には、燃焼室 5は内部にガス燃焼装置 (バーナー部） 51を有しており、ガス燃焼装置 51にガス混合部 3からの混合ガスが供給され燃焼が 行われる。ここで、燃料ガス及び酸化剤ガスを本システムに供給するための燃料ガス 供給管 13及び酸化剤ガス供給管 15が燃焼室 5内を経由することにより、燃焼室 5内 のガス燃焼装置 51での燃焼により発生する燃焼熱の一部が燃料ガス及び酸化剤ガ スを予熱する構成となっている。そして、この予熱された燃料ガス及び酸化剤ガスが 発電部 1に供給される。なお、ここで、燃焼室 5及びガス燃焼装置 51は、ガスファンヒ 一ター等のガス器具の燃焼室及びガス燃焼装置として利用される。
[0128] なお、システム制御部 7は、上記発電部 1で生じた電力により作動し、発電部 1や、 ガス混合部 3、燃焼室 5を制御する。より詳細には、システム制御部 7は、発電部 1に 対する所望の出力値に応じて、燃料ガス及び酸化剤ガスの各々のガス流量やガス圧 力を調整し、また、ガス混合部 3におけるガスの混合比率を常時測定し、設定された 比率となるように調整する。さらには、燃焼室 5内及び発電部 1においては、温度測 定をし、その管理を行う。また、システム制御部 7は、蓄電池 9が接続されており、この 蓄電池 9へ余剰電力を供給して充電を行う。さらに、システム起動時には蓄電池 9に 充電された電力を使い、システム制御部 7を作動させることができ、さらには、発電部 1を加熱させるのに、蓄電池 9に充電された電力を利用することもできる。
[0129] また、本実施形態において、電解質の一方面に燃料極、他方面に空気極が形成さ れ、前記燃料極に燃料ガス、空気極に酸化剤ガスをそれぞれ供給することにより発 電する固体酸化物形燃料電池を用いて説明しているが、この固体酸化物形燃料電 池の代わりに、公知の固体高分子形燃料電池を使用することもできる。
[0130] 以上のように本実施形態によれば、発電部 1からの排出ガスをガス燃焼装置 51の 燃焼に利用し、さらには、ガス燃焼装置 51により発生した燃焼熱を燃料ガス及び酸 化剤ガスを予熱するのに利用するために、燃料利用効率を向上させることができる。
[0131] 次に、本実施形態に係る燃料電池を用いたコージェネレーションシステムの他の例 について、図 12を参照しつつ説明する。
[0132] 図 12に示すシステムは、図 11のシステムと同様に、発電部 1、ガス混合部 3、燃焼 室 5、システム制御部 7、及び蓄電池 9を備えている。
[0133] 本システムでは、まず、燃料ガス及び酸化剤ガスがガス混合部 3に供給され混合ガ スとなる。混合ガスは、発電部 1に供給され発電が行われる。より詳細には、発電部 1 は単室型の固体酸化物形燃料電池を備えており、燃料電池は、電解質、燃料極、及 び空気極を有しており、図 11のシステムとは異なり、燃料極側と空気極側に分かれて おらず、単室となっている。そして、燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガスを供給する と、燃料極と空気極との二つの電極がガス選択性を有しているため、前記電極間に 電圧が発生して発電する。このように、二室型の固体酸化物形燃料電池と異なり、燃 料ガスと酸化剤ガスとを分離して供給する必要がないために、ガスセパレータが不要 となり単純な構造を持つ固体酸化物形燃料電池を構成することができる。また、この 単室型の固体酸化物形燃料電池の構造としては、電解質を介すように電解質の一 方面に燃料極、他方面に空気極を配置した構造と、電解質の一方面に一対の燃料 極及び空気極を所定間隔をおいて配置した構造との二つの構造がある。
[0134] そして、発電部 1から排出された混合ガスは、図 11のシステムと同様に、燃焼室 5内 のガス燃焼装置 51にて燃焼される。そして、燃焼室 5内を経由する燃料ガス供給管 1 3及び酸化剤ガス供給管 15が加熱され、予熱された燃料ガス及び酸化剤ガスが発 電部 1に供給される。
[0135] また、システム制御部 7及び蓄電池 9は図 11のシステムと同様の機能を有している [0136] 以上の構成によれば、図 11のシステムで得ることができる効果に加え、次の効果を さらに得ることができる。すなわち、発電部 1に燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガス により発電する単室型の固体酸化物形燃料電池を使用しているので、ガスの供給ラ インを簡素化することができ、システム構造を簡略化することができる。
[0137] なお、図 11及び図 12のシステムでは、ガス燃焼装置 51にて発生する燃焼熱で、燃 料ガスと酸化剤ガスとの両方のガスを予熱している力 どちらか一方のガスだけを予 熱してもよレ、。また、前記ガス燃焼装置 51で発生する熱を発電部 1に伝熱させてもよ レ、。
[0138] また、図 13に示すように、熱交換器 11をさらに備え、ガス燃焼装置 51で発生する 燃焼熱が、この熱交換器 1を介して、給湯器等で外部利用されると共に、燃料ガス及 び酸化剤ガスを予熱することもできる。
[0139] (第 4実施形態）
以下、本発明に係る燃料電池を用いたコージェネレーションシステムの第 4実施形 態について図面を参照しつつ説明する。図 14は、燃料電池を用いたコージエネレー シヨンシステムの実施形態を示すシステムブロック図である。
[0140] 図 14に示すように本コージェネレーションシステムは、発電部 1、燃焼室 3、システ ム制御部 5、及び蓄電池 7を備えている。
[0141] 燃焼室 3は、可燃性燃料に酸化剤ガスが適宜加えられたものが供給され燃焼が行 われる。さらに詳細には、燃焼室 3は内部にガス燃焼装置 (バーナー部） 31を有して おり、ガス燃焼装置 31に前記可燃性燃料及び酸化剤ガスが供給され燃焼が行われ る。そして、ガス燃焼装置 31より燃焼生成物が排出される。なお、可燃性燃料には、 炭化水素系のガス及び液状燃料を使用することができ、炭化水素系のガスとして、例 えばメタン、ェタン、プロパン、ブタン、都市ガス、 DME、及びその他炭素数が 4個以 下の低級アルコールガス等を挙げることができ、また、液状燃料として、灯油、ガソリ ンなどを挙げることができる。また、燃焼生成物とは、前記可燃性燃料を燃焼させるこ とにより生成されるもので、ここでは、二酸化炭素、水蒸気、窒素酸化物、一酸化炭 素、非燃焼の炭化水素、硫黄酸化物及び粒子を含んだものであり、後述の発電部 1 での発電では主に非燃焼の炭化水素が使用される。また、この燃焼生成物には、酸 素も含まれる。 [0142] この燃焼室 3のガス燃焼装置 31から排出された燃焼生成物は、発電部 1に供給さ れ、発電が行われる。より詳細には、発電部 1は、単室型の固体酸化物形燃料電池 を具備しており、この燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有し、燃料極側と 空気極側に分かれておらず、単室となっている。そして、燃焼生成物及び酸化剤ガ スの混合ガスを供給すると、燃料極と空気極との二つの電極がガス選択性を有して いるため、これら電極間に電圧が発生して発電する。このように一般的な二室型の固 体酸化物形燃料電池と異なり、燃焼生成物と酸化剤ガスとを分離して供給する必要 がないためにガスセパレータが不要となり、単純な構造を持つ固体酸化物形燃料電 池を構成することができる。また、この単室型の固体酸化物形燃料電池の構造として は、電解質を介すように電解質の一方面に燃料極、他方面に空気極を配置した構造 と、電解質の一方面に一対の燃料極及び空気極を所定間隔をおいて配置した構造 との二つの構造がある。
[0143] また、システム制御部 5を上記発電部 1で生じた電力により作動し、発電部 1や、燃 焼室 3を制御する。より詳細には、システム制御部 5は、発電部 1に対する所望の出 力値に応じて、燃焼生成物のガス流量やガス圧力を調整し、また、燃焼室 3内及び 発電部 1においては、温度測定をし、その管理を行う。また、システム制御部 5は、蓄 電池 7が接続されており、蓄電池 7へ余剰電力を供給して充電を行う。さらには、シス テム起動時には蓄電池 7に充電された電力を使い、システム制御部 5を作動させるこ とができ、さらには、発電部 1を加熱させるのに、蓄電池 7に充電された電力を利用す ることちでさる。
[0144] また、システム制御部 5は、燃焼室 31から排出される燃焼生成物の排出量を検知し 、これに基づいて、燃焼室 3に供給される燃料及び酸化剤ガスの供給量を制御する 。このとき、排出された燃焼生成物の成分を検出し、これに基づいて燃料及び酸化剤 ガスの最適な供給量を決定するように制御することもできる。さらに、これらに基づい て、ガス燃焼装置 31の燃焼状態を制御することもできる。
[0145] 以上のように、本実施形態によれば、ガス燃焼装置 31から排出された燃焼生成物 を発電部 1に供給して、発電を行うので、燃料利用効率の向上を図ることができる。ま た、システム制御部 6が、燃焼室 3から排出される燃焼生成物の排出量、成分等を検 知し、これに基づいて燃焼室 3に供給される酸化剤ガス及び燃料の供給量を制御す るため、発電部 1に必要な燃焼生成物の量を常に最適な状態に維持することができ る。
[0146] なお、図 15に示すように、燃焼室 3から排出された燃焼生成物に酸化剤ガスを供給 するように構成することもできる。これは、ガス燃焼装置 31の燃焼状態によっては、排 出された燃焼生成物に含まれる酸化剤ガスの成分が少ない場合もあるからである。し たがって、上記構成にすることで、発電部 1には発電のための最適な成分のガスを供 給すること力 S可能となる。この場合、ガス燃焼装置 31から排出される燃焼生成物の成 分を検出し、これに基づいて酸化剤ガスの供給量を決定することができる。勿論、ガ ス燃焼装置 31に供給される燃料及び酸化剤ガスの供給量を調整しながら、燃焼生 成物に供給される酸化剤ガスの供給量を制御することもできる。ここで、燃焼生成物 に酸化剤ガスを供給するのは、図示を省略する酸化剤ガス供給手段である。
[0147] また、発電部 1は、上記実施形態では単室型の固体酸化物形を用いて説明してい るが、単室型の固体酸化物形燃料電池の代わりに二室型の固体酸化物形燃料電池 や、固体高分子形燃料電池を用いてもよい。この場合は、図 16に示すように、発電 部 1に別途、酸化剤ガスを供給して、この酸化剤ガスとガス燃焼装置 31から排出され た燃焼生成物とをそれぞれ供給して、発電が行われる。より詳細には、発電部 1が有 する燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有しており、電解質の一方面に燃 料極、他方面に空気極が形成されており、電解質を隔壁として燃料極側と空気極側 との二室に分かれている。そして、燃料極側にガス燃焼装置 31から排出された燃焼 生成物、空気極側に酸化剤ガスをそれぞれ供給することにより、発電が行われる。ま た、ここで、公知の固体高分子形燃料電池を発電部 1に用レ、る場合は、ガス燃焼装 置 31から排出される燃焼生成物を加湿する加湿器（図示省略)をさらに備える必要 力 Sある。
[0148] また、図 17に示すように、ガス燃焼装置 31へ供給する可燃性燃料及び酸化剤ガス の一部を抜き出して発電部 1へ直接供給するバイパスライン 11を備えることもできる。 このように発電部 1に、ガス燃焼装置 31から排出された燃焼生成物のみを供給する のではなぐ新たな可燃性燃料及び酸化剤ガスを追加供給することができるので、発 電部 1の発電量を大きくすることができる。
[0149] また、図 18に示すように、ガス燃焼装置 31から排出された燃焼生成物を改質する 改質器 9をさらに備え、改質された燃焼生成物を発電部 1に供給することもでき、さら には、加湿器 13を備えることもできる。このように改質器 9を備えることで、発電部 1の 燃料電池へ供給する燃焼生成物の水素濃度を上げ発電効率を上げることができ、さ らには、改質器 9はトラップ装置やフィルターを備えることができ、このトラップ装置や フィルタ一により、燃焼生成物中の窒素酸化物や、一酸化炭素、硫黄酸化物を除去 すること力 Sできる。また、加湿器 13を設けることで、燃料電池が固体酸化物形燃料電 池の場合、電池反応に伴う炭素析出を抑制することができる。
[0150] また、図 19に示すように、発電部 1を燃焼室 3内に設置することにより、発電部 1を 燃焼室 3内のガス燃焼装置 31で発生する燃焼熱によって直接加熱することもできる 。より詳細には、燃焼室 3内に、ガス燃焼装置 31と発電部 1とが備わっており、ガス燃 焼装置 31は可燃性燃料及び酸化剤ガスが供給され、該可燃性ガス及び酸化剤ガス を燃料として燃焼させる。そして、酸化剤ガス及びガス燃焼装置 31から排出された燃 焼生成物が発電部 1に供給され、発電部 1は該燃焼生成物及び酸化剤ガスにより発 電を行う。このような構成とすることにより、発電部 1の燃料電池が作動するのに必要 な熱の少なくとも一部に、ガス燃焼装置 31で発生する燃焼熱を利用することができる ので、加熱効率を向上させることができる。なお、ここでレ、う燃焼室は、上述したように 燃焼装置からの熱で発電部を加熱できるような空間を備えていればよい。
[0151] さらには、発電部 1から排出された混合ガスをガス燃焼装置 31に供給し循環させる ことにより、燃料利用効率をより向上させることもできる。
[0152] なお、図 18及び図 19のシステムでは、燃焼室から排出される燃焼生成物に酸化剤 ガスを混合しているが、燃焼生成物の成分によっては、酸化剤ガスを供給しなくても よい。
[0153] また、以上の図 14〜図 19に係るシステムでは、燃焼室を有する既存の装置、例え ばガス器具、車、バイクなどに燃料電池を有する発電部を取り付けることで構成する こと力 Sできる。すなわち、燃焼室から排出される燃焼生成物が燃料電池に供給される ように構成すればよいため、特に大力 Sかりな構成を追加する必要はなぐ低コストでコ 一ジェネレーションシステムを構築することができる。
産業上の利用可能性
本発明により、発電効率をさらに高めることができる燃料電池を用いたコージエネレ ーシヨンシステムを提供される。

Claims

請求の範囲
[1] 燃料ガス及び酸化剤ガスとの混合ガスが供給される混合ガス供給路と、
前記混合ガス供給路を経た混合ガスを燃焼させるガス燃焼装置と、
前記ガス燃焼装置を収容する燃焼室と、
前記混合ガス供給路上に配置され、当該供給路を流れる混合ガスによって発電す る燃料電池を少なくとも一つ有する発電部とを備え、
前記発電部を前記燃焼室内に設置し、当該燃焼室で発生する燃焼熱によって前 記発電部を加熱するように構成したことを特徴とする燃料電池を用いたコージエネレ ーシヨンシステム。
[2] 前記燃焼室で発生する燃焼熱によって前記発電部を加熱して当該発電部の動作温 度を確保するように構成したことを特徴とする請求項 1に記載の燃料電池を用いたコ 一ジェネレーションシステム。
[3] 前記燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有しており、前記燃料ガス及び前 記酸化剤ガスの混合ガスを供給することにより発電する単室型の固体酸化物燃料電 池であることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の燃料電池を用いたコージエネレー シヨンシステム。
[4] 前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを混合するガス混合部をさらに備えたことを特徴 とする請求項 1から 3のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシ ステム。
[5] 前記ガス混合部を前記燃焼室内に設置して前記混合ガスを予熱することを特徴とす る請求項 4に記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[6] 前記発電部に燃料ガスを供給する供給管及び前記発電部に酸化剤ガスを供給する 供給管の少なくとも一方を前記燃焼室内に設置してガスを予熱することを特徴とする 請求項 1から 5のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム
[7] 前記燃焼室内に設置される熱交換器をさらに備え、当該熱交換器を介して前記燃焼 室で発生する燃焼熱によって前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを予熱して前記発 電部に供給することを特徴とする請求項 1から 6のいずれかに記載の燃料電池を用 いたコージェネレーションシステム。
[8] 前記燃料電池によって発電された電力を蓄える蓄電池をさらに備えたことを特徴とす る請求項 1から 7のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステ ム。
[9] 前記各部を制御するシステム制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項 1から 8 のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[10] 前記システム制御部は、前記燃料電池で消費される混合ガス量に基づいて、所望の 燃焼状態となるように、前記ガス燃焼装置に供給される混合ガスの供給量を制御す る、請求項 9に記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[11] 前記発電部は、複数個の燃料電池を有しており、前記混合ガス供給路を通過する混 合ガスは前記各燃料電池に供給される、請求項 1から 10のいずれかに記載の燃料 電池を用いたコージェネレーションシステム。
[12] 燃料ガス及び酸化剤ガスが別々に供給されるガス供給路と、
前記ガス供給路を経た前記燃料ガスと酸化剤ガスを混合するガス混合部と、 前記ガス混合部で混合された混合ガスを燃焼させるガス燃焼装置を有する燃焼室 と、
前記ガス供給路上に配置され、燃料ガスと酸化剤ガスとが別々に供給されて発電 する燃料電池を有する発電部とを備え、
前記発電部を前記燃焼室内に設置し、当該燃焼室で発生する燃焼熱によって前 記発電部を加熱するように構成したことを特徴とする燃料電池を用いたコージエネレ ーシヨンシステム。
[13] 前記燃焼室内で発生する燃焼熱によって前記発電部を加熱して当該発電部の動作 温度を確保するように構成したことを特徴とする請求項 12に記載の燃料電池を用レヽ たコージェネレーションシステム。
[14] 前記燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有しており、前記電解質の一方面 に燃料極が、他方面に空気極が形成されており、前記燃料極に燃料ガスを、空気極 に酸化剤ガスをそれぞれ供給することにより発電するように構成したことを特徴とする 請求項 12又は 13に記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[15] 前記燃料電池は、固体高分子形燃料電池又は固体酸化物形燃料電池であることを 特徴とする請求項 14に記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[16] 前記混合ガスの混合比を検出する検出部と、
当該検出部からの検出信号に基づいて設定混合比となるように混合比を調整する ガス混合比調整部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項 12から 15のいずれかに記載の燃料電池を用 いたコージェネレーションシステム。
[17] 前記ガス供給路は、燃料ガスを供給する燃料ガス供給管及び酸化剤ガスを供給する 酸化剤ガス供給管によって構成され、両供給管の少なくとも一方を前記燃焼室内に 設置してガスを予熱することを特徴とする請求項 12から 16のいずれかに記載の燃料 電池を用いたコージェネレーションシステム。
[18] 前記燃焼室内に設置される熱交換器をさらに備えており、
当該熱交換器を介して、前記燃焼室で発生する燃焼熱によって前記燃料ガス及び 前記酸化剤ガスを予熱して前記発電部に供給することを特徴とする請求項 12から 1
7のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[19] 前記燃料電池によって発電された電力を蓄える蓄電池を備えたことを特徴とする請 求項 12から 18のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム
[20] 前記各部を制御するシステム制御部を備えたことを特徴とする請求項 12から 19のい ずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[21] 前記システム制御部は、前記燃料電池で消費されるガス量に基づいて、所望の燃焼 状態となるように前記ガス混合部に供給される燃料ガス及び酸化剤ガスの供給量を 制御する、請求項 20に記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[22] 前記発電部は、複数個の燃料電池を有しており、前記ガス供給路を通過する燃料ガ ス及び酸化剤ガスは前記各燃料電池に供給される、請求項 12から 21のいずれかに 記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[23] 燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池を有する発電部と、
当該発電部より排出された排出ガスを燃焼させるガス燃焼装置を有する燃焼室とを 備え、
前記ガス燃焼装置で発生する燃焼熱の一部で前記燃料ガス及び酸化剤ガスの少 なくとも一方を予熱するように構成したことを特徴とする、燃料電池を用いたコージェ ネレーシヨンシステム。
[24] 前記燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有しており、前記電解質の一方面 に燃料極、他方面に空気極が形成されており、前記燃料極に燃料ガス、空気極に酸 化剤ガスをそれぞれ供給することにより発電する固体酸化物形燃料電池又は固体高 分子形燃料電池である、請求項 23に記載の燃料電池を用いたコージェネレーション システム。
[25] 前記燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有しており、燃料ガス及び酸化剤 ガスの混合ガスを供給することにより発電する単室型の固体酸化物形燃料電池であ る、請求項 23に記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[26] 前記発電部より排出されガス燃焼装置に供給される排出ガスを混合するガス混合部 をさらに備える、請求項 24に記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム
[27] 前記発電部に供給する燃料ガス及び酸化剤ガスを混合するガス混合部をさらに備え る、請求項 25に記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[28] 前記発電部へ供給する燃料ガス及び酸化剤ガスのガス流量及びガス圧力と、前記 発電部及び燃焼室内の温度との少なくとも何れ力を制御するシステム制御部をさら に備える、請求項 23から 27のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージエネレー シヨンシステム。
[29] 前記ガス混合部のガス混合比率を制御するシステム制御部をさらに備える、請求項 2 6から 28のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[30] 前記発電部へ燃料ガス及び酸化剤ガスを供給する燃料ガス供給管及び酸化剤ガス 供給管の少なくともいずれかが、前記燃焼室内を経由することにより、前記ガス燃焼 装置で発生する燃焼熱の一部によって燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくともいずれ 力、が予熱される構成とした、請求項 23から 29のいずれかに記載の燃料電池を用い たコージェネレーションシステム。
[31] 熱交換器をさらに備え、該熱交換器を介して、前記ガス燃焼装置で発生する燃焼熱 の一部によって燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくともいずれ力を予熱する構成とした 、請求項 23から 29のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシス テム。
[32] 前記燃料電池によって発電された電力を蓄える蓄電池をさらに備える、請求項 23か ら 31のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[33] 可燃性燃料及び酸化剤ガスが供給されて燃焼が行われるガス燃焼装置を有する燃 焼室と、
前記ガス燃焼装置での燃焼によって排出された炭化水素系ガスを含む燃焼生成 物が供給されることにより発電する燃料電池を有する発電部と
を備えている、燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[34] 前記燃焼生成物の排出量及び成分の少なくとも一方を検出し、これに基づいて前記 ガス燃焼装置に供給される可燃性燃料及び酸化剤ガスのガス流量を制御するシステ ム制御部をさらに備えている、請求項 33に記載の燃料電池を用いたコージエネレー シヨンシステム。
[35] 前記発電部に供給される前の前記燃焼生成物に、酸化剤ガスを供給する酸化剤供 給手段をさらに有している、請求項 33または 34に記載の燃料電池を用いたコージェ ネレーシヨンシステム。
[36] 前記システム制御部は、前記燃焼生成物の排出量及び成分の少なくとも一方を検出 し、これに基づレ、て前記酸化剤供給手段から供給される酸化剤ガスの供給量を制御 する、請求項 35に記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[37] 前記燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有しており、前記酸化剤ガス及び 前記ガス燃焼装置力 排出された燃焼生成物の混合ガスが供給されることにより発 電する単室型の固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする請求項 33から 36の いずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[38] 前記燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有しており、前記電解質の一方面 に燃料極、他方面に空気極が形成されており、前記燃料極に前記ガス燃焼装置から 排出された燃焼生成物が供給され、前記空気極に前記酸化剤ガスが供給されること により発電する固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする請求項 33から 36のい ずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[39] 前記燃料電池は、電解質、燃料極、及び空気極を有しており、前記電解質の一方面 に燃料極、他方面に空気極が形成されており、前記燃料極に前記ガス燃焼装置から 排出された燃焼生成物が供給され、前記空気極に前記酸化剤ガスが供給されること により発電する固体高分子型燃料電池であり、前記ガス燃焼装置から排出された燃 焼生成物を加湿する加湿器をさらに備えたことを特徴とする請求項 33から 36のいず れかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[40] 前記ガス燃焼装置から排出された燃焼生成物を加湿する加湿器をさらに備えたこと を特徴とする請求項 33から 39のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージエネレ ーシヨンシステム。
[41] 前記燃焼室内に前記発電部を設置し、前記燃焼室で発生する燃焼熱により前記発 電部が加熱されるように構成したことを特徴とする請求項 33から 40のいずれかに記 載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[42] 前記ガス燃焼装置力 排出された前記燃焼生成物を改質する改質器をさらに備えた ことを特徴とする請求項 33から 41のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージエネ レーシヨンシステム。
[43] 前記ガス燃焼装置に供給される前記可燃性燃料及び酸化剤ガスの混合ガスの一部 を抜き取り、前記発電部に直接供給するバイパスラインを備えたことを特徴とする請 求項 33から 42のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム
[44] 前記発電部力 排出された混合ガスが前記ガス燃焼装置に循環供給されるように構 成したことを特徴とする請求項 33から 43のいずれかに記載の燃料電池を用いたコー ジェネレーションシステム。
[45] 前記システム制御部は、前記発電部及び燃焼室内の温度を制御する、請求項 34か ら 44のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシステム。
[46] 前記燃料電池によって発電された電力を蓄える蓄電池をさらに備えたことを特徴とす る請求項 33から 45のいずれかに記載の燃料電池を用いたコージェネレーションシス
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