WO2021261588A1 - Solid oxide fuel cell generator - Google Patents
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Definitions
- the solid oxide fuel cell generator 11 includes a fuel cell unit 26, an oxidation gas supply unit 21, an oxidation gas supply path 16, and a fuel gas supply.
- a road 15, a burner 17, a thermoelectric power generation unit 61, and a control unit 58 are provided.
- the fuel cell unit 26, the oxidation gas supply unit 21, the burner 17, the thermoelectric power generation unit 61, and the control unit 58 are provided in the housing 63.
- the fuel cell unit 26 generates electricity by an electrochemical reaction generated by the fuel gas and the oxidation gas. Therefore, in order for the fuel cell unit 26 to start power generation, it is necessary to start supplying the oxide gas to the cathode 13b of the fuel cell unit 26. Then, it may be necessary to start driving the oxidation gas supply unit 21 that sends the oxidation gas to the cathode 13b of the fuel cell unit 26 by using an auxiliary power source (that is, an external power source) such as a battery. However, it may not be possible to secure an auxiliary power source outdoors or in a disaster area where commercial power is not supplied.
- an auxiliary power source that is, an external power source
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Abstract
[Problem] To provide a solid oxide fuel cell generator, that is, a generator provided with a solid oxide fuel cell that can start generation without requiring an auxiliary power source. [Solution] This solid oxide fuel cell generator (11) is characterized by being provided with: a solid oxide fuel cell unit (26) which generates power with a fuel gas and an oxide gas; an oxide gas supply unit (21) which transfers the oxide gas to the fuel cell unit; an oxide gas supply path (16) which guides the oxide gas to the fuel cell unit; a fuel gas supply path (15) which guides a fuel gas housed in a gas container (12) to the fuel cell unit; a heating means (17) which uses the fuel gas to heat the fuel cell unit; a thermoelectric generator unit (61) which has a thermoelectric element (61c) which is heated by the heating means and generates power on the basis of the temperature difference between a high-temperature area (61a) and a low-temperature area (61b); and a control unit (58) which implements control for supplying the power generated by the thermoelectric element to the oxide gas supply unit.
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: Solid Oxide Fuel Cell).
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（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ））と酸化ガス（空気など酸素（Ｏ２）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) is composed of continuously supplied fuel gas (hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO)) and oxide gas (mixed gas containing oxygen (O 2) such as air). Generates electrical energy by the electrochemical reaction that occurs in. The fuel cell unit that generates electric power has an anode (fuel electrode) and a cathode (air electrode). A fuel gas supply path for supplying fuel gas is connected to the anode. An oxidizing gas supply path for supplying the 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 an electric 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 the 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. As described above, 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 to start power generation by the solid oxide fuel cell, the cathode is used. An auxiliary power source, that is, an external power source, is required to drive a compressor or a generator (motor) for supplying air to the fuel cell.
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, it may not be possible to secure an auxiliary power source outdoors or in a disaster area where commercial power is not supplied. Therefore, for a generator equipped with a solid oxide fuel cell, for example, in the outdoors where commercial power is not supplied or in a disaster area, electric products such as smartphones and tablet terminals can be charged, and LEDs (Light Emitting) can be used. Diode) It is desired that the generation of electric power required for using electric products such as illuminators can be started without the need for an auxiliary power source.
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 is a generator provided with a solid oxide fuel cell capable of starting power generation without requiring an auxiliary power source, that is, a solid oxide fuel cell generator. The purpose is to provide.
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前記燃料電池部を加熱する加熱手段と、前記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熱電発電部と、前記熱電素子により生ずる電力を前記酸化ガス供給部に供給する制御を実行する制御部と、を備えた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 subject is a solid oxide type fuel cell unit that generates power with fuel gas and oxidation gas, an oxidation gas supply unit that sends the oxidation gas to the fuel cell unit, and the oxidation that is sent from the oxidation gas supply unit. The oxide gas supply path for guiding the gas to the fuel cell section, the fuel gas supply path for guiding the fuel gas contained in the gas container to the fuel cell section, and the fuel gas guided by the fuel gas supply path are used. A heating means for heating the fuel cell unit, a thermoelectric power generation unit having a thermoelectric element that is heated by the heating means and generates power based on the temperature difference generated between the high temperature part and the low temperature part, and electric power generated by the thermoelectric element. This is solved by the solid oxide fuel cell generator according to the present invention, which comprises a control unit for executing control for supplying the fuel to the oxide gas supply unit.
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。
According to the solid oxide fuel cell generator according to the present invention, the heating means uses the fuel gas guided by the fuel gas supply path to heat the fuel cell unit to the power generation start temperature. Further, the thermoelectric power generation unit has a thermoelectric element that is heated by a heating means and generates power based on the temperature difference generated between the high temperature unit and the low temperature unit. Then, the control unit executes control to supply the electric power generated by the thermoelectric element of the thermoelectric power generation unit to the oxidation gas supply unit. Therefore, the oxidation gas supply unit starts driving by being supplied with the power generated by the thermoelectric element of the thermoelectric power generation unit heated by the heating means without requiring an auxiliary power source such as a battery, and passes through the oxidation gas supply path. Oxidizing gas can be supplied to the fuel cell unit. As a result, the fuel cell section contains the fuel gas supplied from the gas container through the fuel gas supply path and the oxide gas supplied from the oxidation gas supply section through the oxidation gas supply path without requiring an auxiliary power source such as a battery. , Can start power generation. In addition, since an auxiliary power source is not required, the solid oxide fuel cell generator can be downsized.
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。
In the solid oxide fuel cell generator according to the present invention, preferably, the fuel cell section has a first cell module section and a second cell module section, and the oxidation gas supply section is the first cell. The control unit has a first blower that sends the oxide gas to the module unit and a second blower that sends the oxide gas to the second cell module unit, and the control unit transfers the electric power generated by the thermoelectric element to the first unit. It is characterized by executing control to supply only to the blower.
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 according to the present invention, the control unit supplies the power generated by the thermoelectric element of the thermoelectric power generation unit to only the first blower among the plurality of blowers of the oxidation gas supply unit. Take control. Then, the first blower starts driving by being supplied with the electric power generated by the thermoelectric element of the thermoelectric power generation unit, and supplies the oxidation gas to the first cell module unit among the plurality of cell module units of the fuel cell unit. do. In this way, the control unit executes control to supply the electric power generated by the thermoelectric element of the thermoelectric power generation unit not to all of the plurality of blowers of the oxidation gas supply unit but to only the first blower. Therefore, immediately after the thermoelectric element of the thermoelectric power generation section starts to generate electric power, the oxidation gas is not supplied to all of the plurality of cell module sections of the fuel cell section, and the oxidation gas is supplied to the first cell module section. Will be supplied. Then, the first cell module unit supplied with the oxidizing gas starts power generation. Therefore, the fuel cell unit having the plurality of cell module units can start power generation for each cell module unit in which the supply of the oxidizing gas is started, that is, in a stepwise manner. As a result, the electric power generated by the first cell module unit can be used in advance of the time when all the cell module units start power generation. Further, the first cell module unit generates self-heating when power generation is started. The heat generated by the self-heating of the first cell module portion can be effectively used to heat the second cell module portion. As a result, the start-up time or operation start time (that is, start-up time) until the fuel cell part starts power generation can be shortened as compared with the case where all the cell module parts are heated at the same time only by the heating means. .. In addition, the flow rate of the oxidizing gas required for the fuel cell unit to start power generation and the amount of heat of the heating means can be suppressed. Therefore, the size of the oxidation gas supply unit and the heating means can be reduced, and the size of the solid oxide fuel cell generator can be reduced.
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 unit passes through the oxide gas supplied from the first blower through the oxidation gas supply path and the fuel gas supply path. The fuel gas supplied is used to generate electricity, and the control unit executes control to supply the power generated by the first cell module unit 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 according to the present invention, the first cell module unit includes the oxide gas supplied from the first blower through the oxidation gas supply path and the fuel gas supplied through the fuel gas supply path. Start power generation with. Then, the control unit executes control to supply the electric power generated by the first cell module unit that has started power generation to the second blower. Then, the second blower starts driving by being supplied with the electric power generated by the first cell module portion that has started power generation, and supplies the oxidation gas to the second cell module portion. As described above, the control unit supplies the electric power generated by the thermoelectric element of the thermoelectric power generation unit only to the first blower to start the power generation of the first cell module unit, and is generated by the first cell module unit that has started the power generation. Electric power is supplied to the second blower to start power generation in the second cell module section. Therefore, the fuel cell unit having the plurality of cell module units can start power generation for each cell module unit in which the supply of the oxidizing gas is started, that is, in a stepwise manner. As a result, it is possible to shorten the start-up time or operation start time (that is, start-up time) until the fuel cell unit starts power generation. In addition, the flow rate of the oxidizing gas required for the fuel cell unit to start power generation and the amount of heat of the heating means can be suppressed. Therefore, the size of the oxidation gas supply unit and the heating means can be reduced, and the size of the solid oxide fuel cell generator can be reduced.
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 portion is further heated by the heat generated by the power generation of the first cell module portion, and the second blower is used as described above. It is characterized in that power is generated by the oxide gas supplied through the oxidation gas supply path and the fuel gas supplied through the fuel gas supply path.
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 according to the present invention, the second cell module portion is further heated by the heat generated by the power generation of the first cell module portion, that is, the heat generated by the self-heating of the first cell module portion. To. That is, the second cell module portion is heated by both the heating means and the first cell module portion. As a result, the start-up time or operation start time (that is, start-up time) until the fuel cell unit starts power generation can be further shortened. Therefore, the flow rate of the oxidizing gas required for the fuel cell unit to start power generation and the amount of heat of the heating means can be further suppressed. As a result, the oxide gas supply unit and the heating means can be further miniaturized, and the solid oxide fuel cell generator can be further 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および排ガスから伝わる熱により加熱されるとともに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 according to the present invention, preferably, the heating means is a burner for burning the fuel gas guided by the fuel gas supply path, and the thermoelectric power generation unit is from the burner. It is characterized in that it is heated by the heat transmitted from the emitted flame and the exhaust gas, and is also heated by the heat generated by the power generation of the fuel cell unit.
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 according to the present invention, the burner as a heating means burns the fuel gas guided by the fuel gas supply path. Then, the thermoelectric power generation unit is heated by the heat transmitted from the flame emitted from the burner and the exhaust gas. Therefore, the exhaust heat from the combustion of the burner, that is, the unused heat energy can be utilized not only for raising the temperature of the fuel cell section but also for raising the temperature of the high temperature section of the thermoelectric power generation section. This makes it possible to improve the efficiency of fuel gas utilization. Further, for example, even when the burner stops combustion, the fuel cell unit can maintain a high temperature by self-heating due to the power generation when the power generation is started. The thermoelectric power generation unit is also heated by the heat generated by the power generation of the fuel cell unit, that is, the heat generated by the self-heating of the fuel cell unit. Therefore, the thermoelectric power generation unit can continue to generate electric power by the thermoelectric element by utilizing the heat generated by the power generation of the fuel cell unit. As a result, the heat generated by the power generation of the fuel cell unit can be effectively utilized.
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。
According to the present invention, it is possible to provide a generator including a solid oxide fuel cell, that is, a solid oxide fuel cell generator, which can start power generation without requiring an auxiliary power source.
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.
Since the embodiments described below are suitable specific examples of the present invention, various technically preferable limitations are added, but the scope of the present invention is particularly limited to the present invention in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these aspects. Further, in each drawing, the same components are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
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.
Since the embodiments described below are suitable specific examples of the present invention, various technically preferable limitations are added, but the scope of the present invention is particularly limited to the present invention in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these aspects. Further, in each drawing, the same components are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be 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 a main configuration of a solid oxide fuel cell generator according to the present embodiment.
FIG. 3 is a block diagram illustrating an outline of the operation of the solid oxide fuel cell generator according to the present embodiment.
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 a main configuration of a solid oxide fuel cell generator according to the present embodiment.
FIG. 3 is a block diagram illustrating 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 the present embodiment uses a gas container 12 filled with a fuel gas (hydrocarbon fuel) mainly composed of butane gas or the like, and is required at various times when electric power is required. It is a generator that can move to a place where it can generate electricity. In other words, the solid oxide fuel cell generator 11 according to the present embodiment uses the fuel gas contained in the gas container 12 and can be used outdoors or in a disaster area where commercial power is not supplied. It is a portable generator.
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 FIGS. 1 to 3, the solid oxide fuel cell generator 11 according to the present embodiment includes a fuel cell unit 26, an oxidation gas supply unit 21, an oxidation gas supply path 16, and a fuel gas supply. A road 15, a burner 17, a thermoelectric power generation unit 61, and a control unit 58 are provided. As shown in FIG. 1, the fuel cell unit 26, the oxidation gas supply unit 21, the burner 17, the thermoelectric power generation unit 61, and the control unit 58 are provided in the 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（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ））と酸化ガス（空気など酸素（Ｏ２）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 type fuel cell unit that generates electricity with a fuel gas and an oxidation gas. That is, the fuel cell unit 26 generates electric energy by an electrochemical reaction generated by a fuel gas (hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO)) and an oxide gas ( mixed gas containing oxygen (O 2) such as air). It has a solid oxide fuel cell (SOFC) to be produced.
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 unit 26 has a plurality of cell modules. As shown in FIG. 1, the fuel cell unit 26 of the present 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 module is also called a cell stack or the like. The number of cell modules included in the fuel cell unit 26 is not limited to four, and may be three or less, or may be five or more. In the description of the present embodiment, the case where the fuel cell unit 26 has four cell modules 27a, 27b, 27c, and 27d will be taken 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（Ｈ２）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。
As shown in FIG. 2, each cell module 27a, 27b, 27c, 27d has a plurality of cells 13 as the minimum unit of the fuel cell unit 26. The cell 13 of the fuel cell unit 26 has an anode (fuel electrode) 13a on which an oxidation reaction occurs, a cathode (air electrode) 13b on which a reduction reaction occurs, and an electrolyte 13c which is an ionic conductor. The anode 13a is connected to the fuel gas supply path 15. The cathode 13b is connected to the oxidation gas supply path 16. At the anode 13a, at least one of hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) is used as fuel. At the cathode 13b, air (oxygen) is used as the oxidant.
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 oxidative gas supply unit 21 is connected to the oxidative gas supply path 16 and sends the oxidative gas to the cathode 13b of the fuel cell unit 26 through the oxidative gas supply path 16. The oxidation gas supply unit 21 has a plurality of blowers. As shown in FIG. 3, the oxidation gas supply unit 21 of the present 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 included in the oxidation gas supply unit 21 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 the oxidation gas to the first cell module section 26a of the fuel cell section 26. The second blower 21b sends the oxidation gas to the second cell module section 26b of the fuel cell section 26. In the present specification, the "cell module unit" refers to an aggregate unit of one or a plurality of cell modules (in other words, a cell stack). For example, the first cell module unit 26a may include only the first cell module 27a, may include the first cell module 27a and the second cell module 27b, and may include the first cell module 27a and the second cell module 27b. And may include a third cell module 27c. Further, for example, the second cell module unit 26b may include a second cell module 27b, a third cell module 27c, and a fourth cell module 27d, and may include a third cell module 27c and a fourth cell module 27d. Yes, it may include only the 4th 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 oxidation gas supply path 16 is a flow path connected to the oxidation gas supply unit 21 and the cathode 13b of the fuel cell unit 26, and the oxidation gas sent from the oxidation gas supply unit 21 is used as the cathode of the fuel cell unit 26. Lead to 13b.
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 containing compressed liquefied gas, and contains fuel gas. The fuel gas discharged from the gas container 12 enters the governor provided inside the container connection portion 64 (see FIG. 1), and the pressure is adjusted. When the gas container 12 is a cartridge type gas cylinder, the attachment / detachment mechanism between the gas container 12 and the container connection portion 64 is a magnet type. According to this, when the gas cylinder is heated and the internal pressure of the gas cylinder rises abnormally, the safety mechanism is activated and the connection between the gas container 12 and the container connection portion 64 is disconnected.
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 path 15 is a flow path connected to the container connecting portion 64 and the anode 13a of the fuel cell section 26, and the fuel gas such as butane gas filled in the gas container 12 is used as the anode of the fuel cell section 26. Lead to 13a. Specifically, as shown in FIG. 2, the fuel gas supply path 15 guides the fuel gas to the anode 13a via the reformer 14. 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 provided with a reformer 14 as ancillary equipment.
改質器１４は、改質触媒を有し、燃料ガスを水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）などに改質してから水素（Ｈ２）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, reforms the fuel gas into hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), and the like, and then converts hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) into a fuel cell. Supply to 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 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. An air supply path 24 for reforming 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 path 24 is branched from the oxidation gas supply path 16 and guides the oxidation gas sent from the oxidation 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. Further, the reforming air supply path 24 does not necessarily have to be branched from the oxidizing gas supply path 16 as long as air can be supplied to the reformer 14.
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 path 15 to heat the fuel cell unit 26 to the power generation start temperature. Specifically, as shown in FIG. 2, the burner fuel supply path 22 is branched from the fuel gas supply path 15 and connected to the burner 17. The fuel gas supplied from the gas container 12 via the container connection portion 64 passes through the fuel gas supply path 15, the burner fuel supply path 22, and the gas / air mixer (not shown), and is mixed with the air in the burner. Guided to 17.
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 in the vicinity of the burner 17. When the user rotates the operation knob (not shown), the igniter (not shown) is pushed and a pulse voltage is generated. The electrode provided in the vicinity of the burner 17 is discharged by the pulse voltage generated by the rotation of the operation knob, burns the fuel gas supplied from the gas container 12 to the burner 17, and can ignite the burner 17. .. The burner 17 of the present 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 unit 61a, a low temperature unit 61b, and a thermoelectric element 61c, and is heated by the burner 17. Specifically, the high temperature section 61a is provided, for example, facing the fuel cell section 26, and is heated by the heat transferred from the flame emitted from the burner 17 and the exhaust gas. The high temperature unit 61a functions as a heat receiving unit, efficiently receives the heat transmitted from the flame and the exhaust gas emitted from the burner 17, and transfers the heat to the thermoelectric element 61c. The low temperature portion 61b is provided apart from the high temperature portion 61a via the thermoelectric element 61c. The low temperature portion 61b is arranged to face the high temperature portion 61a and is maintained at a temperature lower than that of the high temperature portion 61a. The cooling method of the low temperature portion 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 portion 61a and the low temperature portion 61b, and generates electricity based on the temperature difference generated between the high temperature portion 61a and the low temperature portion 61b. The thermoelectric element 61c generates a thermoelectromotive force by utilizing the Seebeck effect. The thermoelectric element is also called a thermoelectric conversion element or a thermoelectric power generation element. The thermoelectric element 61c can generate a larger thermoelectric force when the temperature difference generated between the high temperature portion 61a and the low temperature portion 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 passage 19 is connected to the fuel cell unit 26. The exhaust passage 19 is a flow path for discharging the high-temperature exhaust gas discharged from the fuel cell unit 26 to the outside of the solid oxide fuel cell generator 11. The exhaust passage 19 is provided with a CO remover 18. The CO remover 18 removes CO from the exhaust gas having a temperature of 200 ° C. or higher by utilizing a catalyst provided inside.
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。
Further, as shown in FIG. 2, a heat exchanger 23 is provided in the oxidation gas supply path 16 and the exhaust gas passage 19. The heat exchanger 23 exchanges heat between the oxidation gas supply path 16 and the exhaust gas passage 19. In the solid oxide fuel cell generator 11 according to the present embodiment, two heat exchangers 23, that is, 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 oxidative gas sent from the oxidative gas supply unit 21 to the oxidative gas supply path 16 passes through the low temperature side heat exchanger 23a and exchanges heat with the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage 19 in the low temperature side heat exchanger 23a to raise the temperature. .. Subsequently, the oxide gas that has passed through the low temperature side heat exchanger 23a passes through the high temperature side heat exchanger 23b and exchanges heat with the exhaust gas flowing through the exhaust passage 19 in the high temperature side heat exchanger 23b to further raise the temperature. Then, the oxidation gas that has passed through the low temperature side heat exchanger 23a and the high temperature side heat exchanger 23b and has become high temperature is guided to the cathode 13b of the fuel cell unit 26 through the oxidation gas supply path 16.
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 the power generation in the fuel cell unit 26 passes through the high-temperature side heat exchanger 23b and exchanges heat with the oxidation gas flowing in the oxidation gas supply path 16 in the high-temperature side heat exchanger 23b to lower the temperature. The temperature of the exhaust gas discharged from the fuel cell unit 26 and 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 lowered in temperature is, for example, about 200 ° C. or higher. As a result, the catalyst of the CO remover 18 acts more reliably on the exhaust gas. Subsequently, 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 oxide gas flowing through the oxidation gas supply path 16 in the low temperature side heat exchanger 23a. And lower the temperature further. The temperature of the exhaust gas that has passed through the low temperature side heat exchanger 23a and lowered in temperature is, for example, less than about 80 ° C. Then, the exhaust gas that has passed through the high temperature side heat exchanger 23b and the low temperature side heat exchanger 23a and has become low temperature is discharged from the outlet of the exhaust passage 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 the present embodiment. For example, as shown in FIGS. 2 and 3, the control unit 58 receives the electric power generated by the fuel cell unit 26 and the thermoelectric power generation unit 61 and supplies the electric power to the oxidation gas supply unit 21. The details will be described later. Further, the control unit 58 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。
Here, as described above, the fuel cell unit 26 generates electricity by an electrochemical reaction generated by the fuel gas and the oxidation gas. Therefore, in order for the fuel cell unit 26 to start power generation, it is necessary to start supplying the oxide gas to the cathode 13b of the fuel cell unit 26. Then, it may be necessary to start driving the oxidation gas supply unit 21 that sends the oxidation gas to the cathode 13b of the fuel cell unit 26 by using an auxiliary power source (that is, an external power source) such as a battery. However, it may not be possible to secure an auxiliary power source outdoors or in a disaster area where commercial power is not supplied.
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。
On the other hand, 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 electric power based on the temperature difference generated between the high temperature portion 61a and the low temperature portion 61b. Then, the control unit 58 executes control of receiving the electric power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 and supplying it to the oxidation 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 according to the present embodiment, the oxide gas supply unit 21 does not require an auxiliary power source such as a battery, but the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 heated by the burner 17 The drive is started by being supplied with the electric power generated by the fuel cell unit 26, and the fuel cell unit 26 can be supplied with the oxide gas through the oxide gas supply path 16. As a result, the fuel cell unit 26 supplies the fuel gas supplied from the gas container 12 through the fuel gas supply path 15 and the oxidation gas supply unit 21 through the oxidation gas supply path 16 without requiring an auxiliary power source such as a battery. It is possible to start power generation with the generated oxide gas. Further, since the auxiliary power source is not required, the solid oxide fuel cell generator 11 can be downsized.
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。
Further, the solid oxide fuel cell generator 11 according to the present embodiment can combine power generation by the fuel cell unit 26 and power generation by the thermoelectric power generation unit 61. That is, a part of the required electric power generated by the high temperature operation of the fuel cell unit 26 can be supplemented by the electric power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61. Therefore, as compared with the case where the fuel cell unit 26 alone generates the same amount of power, the entire solid oxide fuel cell generator 11 is supplemented by the amount of power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61. It is possible to increase the amount of power generation of the fuel gas and reduce the amount of fuel gas used to save fuel gas. Further, the operating temperature of the fuel cell unit 26 can be stably maintained at about 650 ± 50 ° C. as compared with the case where the fuel cell unit 26 generates electricity independently. As a result, the durability of the fuel cell unit 26 can be improved, and the influence of heat on the peripheral devices of the fuel cell unit 26 can be suppressed. Further, this makes it possible to widen the selection range of materials that can be used for the peripheral devices of the fuel cell unit 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 oxidefuel cell generator 11 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a flowchart showing a specific example of the operation of the solid oxide fuel cell generator according to the present embodiment.
FIG. 5 is a timing chart showing a specific example of the operation of the solid oxide fuel cell generator according to the present embodiment.
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
FIG. 4 is a flowchart showing a specific example of the operation of the solid oxide fuel cell generator according to the present embodiment.
FIG. 5 is a timing chart showing a specific example of the operation of the solid oxide fuel cell generator according to the present 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, for example, the operation knob (not shown) to ignite the burner 17. Then, the burner 17 starts combustion of the fuel gas supplied from the gas container 12 through the fuel gas supply path 15 to heat the fuel cell unit 26 and the thermoelectric power generation unit 61 (step S11 in FIG. 4, timing T11 in FIG. 5). ). Subsequently, when a temperature difference at the start of power generation occurs between the high temperature portion 61a and the low temperature portion 61b due to the heat transmitted from the flame emitted from the burner 17 and the exhaust gas, the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 generates electric power. Start (step S12 in FIG. 4, timing T11 to timing T12 in FIG. 5). Subsequently, the control unit 58 receives the electric power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 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 driving by supplying the electric power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 from the control unit 58, and supplies the oxidation gas to the first cell module unit 26a (FIG. 4). Step S14, 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. Take the case as an example. Therefore, in this specific example, the first blower 21a starts driving by supplying the electric power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 from the control unit 58, and supplies the oxidation gas to the first cell module 27a. do.
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）。
Subsequently, when the first cell module unit 26a (in this specific example, the first cell module 27a) is heated to the power generation start temperature, the oxidation gas supplied from the first blower 21a through the oxidation gas supply path 16 and the gas. Power generation is started with the fuel gas supplied from the container 12 through the fuel gas supply path 15 (step S15 in FIG. 4, timing T13 in FIG. 5). At this time, in the first cell module unit 26a, heat is generated by the power generation of the first cell module unit 26a. That is, when the first cell module unit 26a starts power generation, self-heating is generated by the power generation. Subsequently, the control unit 58 receives the electric power generated by the first cell module unit 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 driving by supplying the electric power generated by the first cell module unit 26a from the control unit 58, and starts driving, and the second cell module unit 26b (in this specific example, the second cell module 27b, Oxidizing gas is supplied to the third cell module 27c and the fourth cell module 27d) (step S17 in FIG. 4, timing T14 in FIG. 5). Further, at this time, the second cell module portion 26b is further heated by the heat generated by the power generation of the first cell module portion 26a, that is, the heat generated by the self-heating of the first cell module portion 26a. That is, the second cell module portion 26b is heated by both the burner 17 and the first cell module portion 26a. Subsequently, when the second cell module unit 26b is heated to the power generation start temperature, it is supplied from the second blower 21b through the oxidation gas supply path 16 and from the gas container 12 through the fuel gas supply path 15. Power generation is started with the fuel gas (step S18 in FIG. 4, timing T15 in FIG. 5). At this time, in the second cell module section 26b, heat is generated by the power generation of the second cell module section 26b. That is, the second cell module unit 26b, like the first cell module unit 26a, generates self-heating due to the power generation when the power generation is started. In this way, all the cell modules 27a, 27b, 27c, 27d of the fuel cell unit 26 start power generation.
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。
Subsequently, when the user turns, for example, the operation knob (not shown), the burner 17 stops combustion (step S19 in FIG. 4, timing T16 in FIG. 5). Even after the burner 17 has stopped combustion, the first cell module portion 26a and the second cell module portion 26b can maintain a high temperature of, for example, 600 ° C. or higher due to self-heating, and the supply of fuel gas is stopped. Power generation can be continued until it is generated (timing T16 to timing T17 in FIG. 5). Examples of the fuel gas supply being stopped include the case where the fuel gas supply is intentionally stopped by using a valve or the like, or the fuel gas supply is stopped by using up the fuel gas in the gas container 12. For example, when it is stopped.
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）。
Further, the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 can continue power generation based on the temperature difference generated between the high temperature unit 61a and the low temperature unit 61b (timing T16 to timing T17 in FIG. 5). Therefore, the first blower 21a can continue to supply the oxidizing gas to the first cell module unit 26a (timing T16 to timing T17 in FIG. 5). Further, as a result, the second blower 21b can continue to supply the oxidizing gas to the second cell module portion 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）。
Then, when the supply of fuel gas is stopped, the power generation of the first cell module section 26a and the second cell module section 26b is stopped, and the driving of the second blower 21b is stopped (timing T17 in FIG. 5). Further, when the temperature difference between the high temperature portion 61a and the low temperature portion 61b becomes a predetermined temperature or less, the thermoelectromotive force generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 gradually decreases (timing T17 to timing T18 in FIG. 5). ). Then, when the power generation of the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 is stopped, the drive of the first blower 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 the present embodiment, the control unit 58 has a plurality of power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 in the oxidation gas supply unit 21. It does not supply to all of the blowers 21a and 21b of the above, but controls to supply only to the first blower 21a. Therefore, immediately after the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 starts to generate electric power, the oxidation gas is not supplied to all of the plurality of cell module units 26a and 26b of the fuel cell unit 26, and the first cell Oxidizing gas is supplied to the module portion 26a. Then, the first cell module unit 26a supplied with the oxidizing gas starts power generation. Therefore, the fuel cell unit 26 having the plurality of cell module units 26a and 26b can start power generation for each cell module unit in which the supply of the oxidizing gas is started, that is, in a stepwise manner. As a result, the electric power generated by the first cell module unit 26a can be used in advance of the time when all the cell module units 26a and 26b start power generation. Further, the first cell module unit 26a generates self-heating when power generation is started. The heat generated by the self-heating of the first cell module portion 26a can be effectively used to heat the second cell module portion 26b. As a result, the start-up time or operation start time (that is, start-up time) until the fuel cell unit 26 starts power generation is shortened as compared with the case where all the cell module units 26a and 26b are simultaneously heated only by the burner 17. can do. Further, the flow rate of the oxidizing gas required for the fuel cell unit 26 to start power generation and the amount of heat of the burner 17 can be suppressed. Therefore, the oxide gas supply unit 21 and the burner 17 can be miniaturized, and the solid oxide fuel cell generator 11 can be miniaturized.
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。
Further, the control unit 58 supplies the electric power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 only to the first blower 21a to start the power generation of the first cell module unit 26a, and the first cell module unit that has started the power generation. The electric power generated by the 26a is supplied to the second blower 21b to start the power generation of the second cell module unit 26b. Therefore, as described above, the fuel cell unit 26 having the plurality of cell module units 26a and 26b can start power generation for each cell module unit in which the supply of the oxidizing gas is started, that is, in a stepwise manner. As a result, the same effect as the above-mentioned effect can be obtained.
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。
Further, the second cell module section 26b is further heated by the heat generated by the power generation of the first cell module section 26a, that is, the heat generated by the self-heating of the first cell module section 26a. That is, the second cell module portion 26b is heated by both the burner 17 and the first cell module portion 26a. As a result, the start-up time or operation start time (that is, start-up time) until the fuel cell unit 26 starts power generation can be further shortened. Therefore, the flow rate of the oxidizing gas required for the fuel cell unit 26 to start power generation and the amount of heat of the burner 17 can be further suppressed. As a result, the oxide gas supply unit 21 and the burner 17 can be further miniaturized, and the solid oxide fuel cell generator 11 can be further miniaturized.
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。
Further, as described above, the thermoelectric power generation unit 61 is heated by the heat transmitted from the flame emitted from the burner 17 and the exhaust gas. Therefore, the exhaust heat from combustion of the burner 17, that is, unused heat energy can be utilized not only for raising the temperature of the fuel cell unit 26 but also for raising the temperature of the high temperature portion 61a of the thermoelectric power generation unit 61. can. This makes it possible to improve the efficiency of fuel gas utilization. Further, for example, even when the burner 17 stops combustion, the fuel cell unit 26 can maintain a high temperature by self-heating due to the power generation when the 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, that is, the heat generated by the self-heating of the fuel cell unit 26. Therefore, the thermoelectric power generation unit 61 can continue to generate electric power by the thermoelectric element 61c by utilizing the heat generated by the power generation of the fuel cell unit 26. As a result, the heat generated by the power generation of the fuel cell unit 26 can be effectively utilized.
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, 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. The case including is given as an example. However, the cell module pattern included in each of the first cell module unit 26a and the second cell module unit 26b is not limited to this. For example, the first cell module unit 26a may include the first cell module 27a and the second cell module unit 26b, and the second cell module unit 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 power generation unit 61 and supplies it only to the first blower 21a (step S13 in FIG. 4). Then, the first blower 21a starts driving by supplying the electric power generated by the thermoelectric element 61c of the thermoelectric power generation unit 61 from the control unit 58, and supplies the oxidation gas to the first cell module 27a and the second cell module 27b. Supply (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, the oxide gas supplied from the first blower 21a through the oxidation gas supply path 16 and the gas container 12 through the fuel gas supply path 15 Power generation is started with the supplied fuel gas (step S15 in FIG. 4, timing T13 in FIG. 5). Then, the second blower 21b starts driving by supplying the electric power generated by the first cell module 27a and the second cell module 27b from the control unit 58, and starts driving to the third cell module 27c and the fourth cell module 27d. Oxidizing gas is supplied (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, the oxide gas supplied from the second blower 21b through the oxidation gas supply path 16 and the gas container 12 through the fuel gas supply path 15 Power generation is started with the supplied fuel gas (step S18 in FIG. 4, timing T15 in FIG. 5). Even in this case, the same effect as described above can be obtained with respect to this specific example.
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 embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of claims. The configuration of the above embodiment may be partially omitted or may be arbitrarily combined so as to be different from the 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: Anodic, 13b: Cathode, 13c: Electrolyte, 14: Reformer, 15: Fuel gas supply path, 16: Oxidation gas supply Path, 17: Burner, 18: CO remover, 19: Exhaust path, 21: Oxidation gas supply section, 21a: 1st blower, 21b: 2nd blower, 22: Burner fuel supply path, 23: Heat exchanger, 23a : Low temperature side heat exchanger, 23b: High temperature side heat exchanger, 24: Reform air supply path, 26: Fuel cell section, 26a: 1st cell module section, 26b: 2nd cell module section, 27a: 1st Cell module, 27b: 2nd cell module, 27c: 3rd cell module, 27d: 4th cell module, 54: Power converter, 58: Control unit, 61: Thermoelectric power generation unit, 61a: High temperature unit, 61b: Low temperature unit , 61c: Thermoelectric element, 63: Housing, 64: Container connection
11: Solid oxide fuel cell generator, 12: Gas container, 13: Cell, 13a: Anodic, 13b: Cathode, 13c: Electrolyte, 14: Reformer, 15: Fuel gas supply path, 16: Oxidation gas supply Path, 17: Burner, 18: CO remover, 19: Exhaust path, 21: Oxidation gas supply section, 21a: 1st blower, 21b: 2nd blower, 22: Burner fuel supply path, 23: Heat exchanger, 23a : Low temperature side heat exchanger, 23b: High temperature side heat exchanger, 24: Reform air supply path, 26: Fuel cell section, 26a: 1st cell module section, 26b: 2nd cell module section, 27a: 1st Cell module, 27b: 2nd cell module, 27c: 3rd cell module, 27d: 4th cell module, 54: Power converter, 58: Control unit, 61: Thermoelectric power generation unit, 61a: High temperature unit, 61b: Low temperature unit , 61c: Thermoelectric element, 63: Housing, 64: Container connection
Claims (5)
- 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前記燃料電池部を加熱する加熱手段と、
前記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熱電発電部と、
前記熱電素子により生ずる電力を前記酸化ガス供給部に供給する制御を実行する制御部と、
を備えた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 that generates electricity from fuel gas and oxidation gas,
An oxidation gas supply unit that sends the oxidation gas to the fuel cell unit,
An oxidation gas supply path that guides the oxidation gas sent from the oxidation gas supply unit to the fuel cell unit, and
A fuel gas supply path that guides the fuel gas contained in the gas container to the fuel cell unit, and
A heating means for heating the fuel cell unit using the fuel gas guided by the fuel gas supply path, and
A thermoelectric power generation unit having a thermoelectric element that is heated by the heating means and generates electricity based on the temperature difference generated between the high temperature part and the low temperature part.
A control unit that executes control to supply the electric power generated by the thermoelectric element to the oxidation gas supply unit, and
A solid oxide fuel cell generator characterized by being equipped with. - 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請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池発電機。 The fuel cell unit has a first cell module unit and a second cell module unit.
The oxidation gas supply unit includes a first blower that sends the oxidation gas to the first cell module unit, and a second blower that sends the oxidation gas to the second cell module unit.
The solid oxide fuel cell generator according to claim 1, wherein the control unit executes control to supply 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２に記載の固体酸化物形燃料電池発電機。 The first cell module unit generates electricity with the oxide gas supplied from the first blower through the oxidation gas supply path and the fuel gas supplied through the fuel gas supply path.
The solid oxide fuel cell generator according to claim 2, 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３に記載の固体酸化物形燃料電池発電機。 The second cell module section is further heated by the heat generated by the power generation of the first cell module section, and the oxide gas supplied from the second blower through the oxidation gas supply path and the fuel gas supply. The solid oxide fuel cell generator according to claim 3, wherein the fuel gas supplied through the road is used to generate heat.
- 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および排ガスから伝わる熱により加熱されるとともに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１～４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 guided by the fuel gas supply path.
One of claims 1 to 4, wherein the thermoelectric power generation unit is heated by the heat transmitted from the flame emitted from the burner and the exhaust gas, and is also heated by the heat generated by the power generation of the fuel cell unit. The solid oxide fuel cell generator according to item 1.
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