JP7433182B2 - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
固体酸化物形燃料電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7433182B2 JP7433182B2 JP2020161866A JP2020161866A JP7433182B2 JP 7433182 B2 JP7433182 B2 JP 7433182B2 JP 2020161866 A JP2020161866 A JP 2020161866A JP 2020161866 A JP2020161866 A JP 2020161866A JP 7433182 B2 JP7433182 B2 JP 7433182B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- multilayer structure
- heat insulating
- internal
- structure portion
- insulating material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 58
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims description 43
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 128
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 104
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 50
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 41
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 34
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 27
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 14
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 9
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 7
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 75
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 65
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 35
- 238000009421 internal insulation Methods 0.000 description 22
- 238000009422 external insulation Methods 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 8
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
前記収納筐体の前記内部断熱材よりも内側の内部空間に、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックから排出されるオフガスを燃焼して、その燃焼熱を前記改質器に与える燃焼部とを備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記収納筐体は、複数の壁材が互いに間隔を空けて層状に配置されることで、前記壁材によって隔てられた複数の空間を有する多層構造部分を有し、
前記多層構造部分において、前記燃焼部で発生した燃焼排ガスを含む排気ガスと、前記セルスタック及び前記燃焼部へ供給される空気とが、複数の前記空間に各別に流れることで、前記排気ガスと前記空気との熱交換が前記壁材を介して行われるように構成され、
前記収納筐体の前記多層構造部分の外面に設けられる前記外部断熱材による断熱効果は、前記多層構造部分の温度が高い領域ほど高くなるように形成されている点にある。
ここで、前記収納筐体の前記多層構造部分の外面に設けられる前記外部断熱材の、当該多層構造部分の外面からの厚さは、前記多層構造部分の温度が高い領域ほど厚く形成されていてもよい。
従って、収納筐体の内部を高温に保つことができ、放熱損失の少ない固体酸化物形燃料電池を提供できる。
ここで、前記収納筐体の前記多層構造部分の内面に設けられる前記内部断熱材の、当該多層構造部分の内面からの厚さは、前記多層構造部分の温度が高い領域ほど薄く形成されていてもよい。
図1は、収納筐体1の内部空間Sに設置される複数の機器を示す図である。図2は、固体酸化物形燃料電池の縦断面を示す図である。図3は、固体酸化物形燃料電池の縦断面を示す図である。
。
給気管18を通って収納筐体1の内部に導入される酸化剤ガス(空気)は、先ず第1底面部材7aと第2底面部材7bとの間の空間に至る。本実施形態の収納筐体1では、第1底面部材7aと第2底面部材7bとの間の空間は、第1正面部材2aと第2正面部材2bとの間の空間、及び、第1背面部材3aと第2背面部材3bとの間の空間、及び、第1右側部材4aと第2右側部材4bとの間の空間、及び、第1左側部材5aと第2左側部材5bとの間の空間の全てに繋がっている。また、第1天面部材6aと第2天面部材6bとの間の空間も、第1正面部材2aと第2正面部材2bとの間の空間、及び、第1背面部材3aと第2背面部材3bとの間の空間、及び、第1右側部材4aと第2右側部材4bとの間の空間、及び、第1左側部材5aと第2左側部材5bとの間の空間の全てに繋がっている。
れた燃料ガスをセルスタックCSの内部に導く。セルスタックCSが有する複数の固体酸化物形燃料電池セルでは、供給される燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電が行われる。その電気化学反応で用いられた後の燃料ガスである排出燃料ガスはセルスタックCSの内部から排出され、収納筐体1の内部空間Sに設置される排出燃料ガス流通管13を通って燃焼部14に導かれる。また、その電気化学反応で用いられた後の酸化剤ガスである排出酸化剤ガスは、セルスタックCSの内部から排出された後、収納筐体1の内部空間Sに設置される排出酸化剤ガス流通管17を流れる。
ところが本実施形態の固体酸化物形燃料電池では、熱交換部16での熱交換により、セルスタックCSの内部に供給される酸化剤ガスの温度が、セルスタックCSの内部の温度(排出酸化剤ガスの温度)に近くなるため、そのような問題の発生を回避できる。
尚、上述した収納筐体1の多層構造部分Mを構成する正面構造体2及び背面構造体3及び右側構造体4及び左側構造体5の傾斜角度は適宜設計可能である。
多層構造部分Mの一方の空間に流入する排気ガスは、入口温度が410℃であり、組成は、CO2が5.1%、H2Oが22.1%、窒素が65.2%、酸素が7.6%である。多層構造部分Mの他方の空間に流入する空気は、入口温度が100℃であり、組成は、酸素21%、窒素79%である。これらの条件は、以下で運転した場合を想定したものとなっている。即ち、改質器11に供給される原燃料ガスは天然ガスであり、水蒸気改質におけるS/C=2.5であり、燃料利用率は80%であり、空気利用率は45%である。そして、セルスタックCSのDC出力は770Wであり、平均セル電圧は0.8Vである。
内部断熱材Hin及び外部断熱材Hout:0.033W/(m・K)
多層構造部分Mの壁材wであるSUS板:26.4W/(m・K)
内部断熱材Hinの表面(図中の左側):600℃等温条件
外部断熱材Houtの表面(図中の右側):熱伝達率20W/(m2・K)、外部温度40℃
モデルの上下端:排気ガス及び空気の流路部を除き、断熱条件
実施例及び比較例のモデルにおいて、排気ガス出口温度及び空気出口温度はほぼ同じである。外部断熱材Houtからの放熱量Q-outは、実施例のモデルで132W/m2であり、比較例のモデルで131W/m2である。このように、実施例のモデルでの内部断熱材Hin及び外部断熱材Houtの合計の厚さ(63.2mm)は、比較例のモデルでの内部断熱材Hin及び外部断熱材Houtの合計の厚さ(70mm)よりも薄いにも関わらず、外部断熱材Houtからの放熱量を十分に抑制できていることが分かる。
<1>
上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池の構成について具体例を挙げて説明したが、その構成については適宜変更可能である。
例えば、収納筐体1の内部空間Sにおける各機器(改質器11、セルスタックCS、燃焼部14など)の設置場所は適宜変更可能である。また、各機器の形状なども適宜変更可能である。
上記実施形態では、同一種類の(即ち、熱伝導率が同一の)外部断熱材Houtの厚さ及び同一種類の内部断熱材Hinの厚さを連続的に変化させる(即ち、各断熱材による断熱効果を連続的に変化させる)場合を説明したが、本発明はそのような場合に限定されない。例えば、図6に例示するように、同一種類の外部断熱材Houtの厚さ及び同一種類の内部断熱材Hinの厚さを段階的に(ステップ状に)変化させることで、断熱材による断熱効果を段階的に変化させてもよい。
上記実施形態では、収納筐体1の4つの側面を構成する正面構造体2及び背面構造体3及び右側構造体4及び左側構造体5のそれぞれの多層構造部分Mに、多層構造部分Mの温度が高い領域ほど断熱効果が高くなるように形成されている外部断熱材Hout、及び、多層構造部分Mの温度が高い領域ほど断熱効果が低くなるように形成されている内部断熱材Hinが設けられる例を説明したが、本発明はそのような例に限定されない。例えば、収納筐体1の正面構造体2及び背面構造体3の合計2面や、右側構造体4及び左側構造体5の合計2面などに上記外部断熱材Hout及び上記内部断熱材Hinが設けられる構成を採用してもよい。
上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用でき、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変できる。
2a :第1正面部材(壁材 w)
2b :第2正面部材(壁材 w)
2c :第3正面部材(壁材 w)
3a :第1背面部材(壁材 w)
3b :第2背面部材(壁材 w)
3c :第3背面部材(壁材 w)
4a :第1右側部材(壁材 w)
4b :第2右側部材(壁材 w)
4c :第3右側部材(壁材 w)
5a :第1左側部材(壁材 w)
5b :第2左側部材(壁材 w)
5c :第3左側部材(壁材 w)
11 :改質器
14 :燃焼部
CS :セルスタック
H1 :内部正面断熱材(内部断熱材 Hin)
H2 :内部背面断熱材(内部断熱材 Hin)
H3 :内部右側断熱材(内部断熱材 Hin)
H4 :内部左側断熱材(内部断熱材 Hin)
H7 :外部正面断熱材(外部断熱材 Hout)
H8 :外部背面断熱材(外部断熱材 Hout)
H9 :外部右側断熱材(外部断熱材 Hout)
H10 :外部左側断熱材(外部断熱材 Hout)
Hin :内部断熱材
Hout :外部断熱材
M :多層構造部分
S :内部空間
w :壁材
Claims (6)
- 収納筐体と、前記収納筐体の内面に設けられる内部断熱材と、前記収納筐体の外面に設けられる外部断熱材とを備え、
前記収納筐体の前記内部断熱材よりも内側の内部空間に、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックから排出されるオフガスを燃焼して、その燃焼熱を前記改質器に与える燃焼部とを備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記収納筐体は、複数の壁材が互いに間隔を空けて層状に配置されることで、前記壁材によって隔てられた複数の空間を有する多層構造部分を有し、
前記多層構造部分において、前記燃焼部で発生した燃焼排ガスを含む排気ガスと、前記セルスタック及び前記燃焼部へ供給される空気とが、複数の前記空間に各別に流れることで、前記排気ガスと前記空気との熱交換が前記壁材を介して行われるように構成され、
前記収納筐体の前記多層構造部分の外面に設けられる前記外部断熱材による断熱効果は、前記多層構造部分の温度が高い領域ほど高くなるように形成されている固体酸化物形燃料電池。 - 前記収納筐体の前記多層構造部分の外面に設けられる前記外部断熱材の、当該多層構造部分の外面からの厚さは、前記多層構造部分の温度が高い領域ほど厚く形成されている請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記多層構造部分において、内側の前記空間に前記排気ガスが流れ、外側の前記空間に前記空気が流れる請求項1又は2に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記多層構造部分において、前記排気ガスの流れる方向と、前記空気の流れる方向とが対向している請求項1~3の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記収納筐体の前記多層構造部分の内面に設けられる前記内部断熱材による断熱効果は、前記多層構造部分の温度が高い領域ほど低くなるように形成されている請求項1~4の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記収納筐体の前記多層構造部分の内面に設けられる前記内部断熱材の、当該多層構造部分の内面からの厚さは、前記多層構造部分の温度が高い領域ほど薄く形成されている請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020161866A JP7433182B2 (ja) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | 固体酸化物形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020161866A JP7433182B2 (ja) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | 固体酸化物形燃料電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022054696A JP2022054696A (ja) | 2022-04-07 |
JP7433182B2 true JP7433182B2 (ja) | 2024-02-19 |
Family
ID=80997956
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020161866A Active JP7433182B2 (ja) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | 固体酸化物形燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7433182B2 (ja) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018181835A (ja) | 2017-04-07 | 2018-11-15 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 高温動作型燃料電池システム |
-
2020
- 2020-09-28 JP JP2020161866A patent/JP7433182B2/ja active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018181835A (ja) | 2017-04-07 | 2018-11-15 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 高温動作型燃料電池システム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022054696A (ja) | 2022-04-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10141586B2 (en) | Fuel cell module, combined power generation system including the same, and temperature control method of fuel cell power generation section | |
JP5109252B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP5109253B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP5436196B2 (ja) | 発電装置 | |
KR20080017312A (ko) | 소형 고체산화물 연료전지 장치 | |
JP6719070B2 (ja) | 高温動作形燃料電池および燃料電池システム。 | |
JP5575535B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP6111904B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
JP6550814B2 (ja) | 空気予熱器及び発電装置 | |
JP5122319B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
JP2007026928A (ja) | 燃料電池 | |
TW200924275A (en) | Fuel cell device and electronic equipment using fuel cell device | |
JP4778198B2 (ja) | 発電装置 | |
JP7433182B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
JP2011044361A (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP4986403B2 (ja) | 発電装置 | |
JP4704696B2 (ja) | 発電装置 | |
CN114730894B (zh) | 燃料电池模块 | |
WO2017057151A1 (ja) | 燃料電池用改質器、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 | |
JP4733354B2 (ja) | 発電装置 | |
JP4942287B2 (ja) | 発電装置 | |
JP2013254581A (ja) | 燃料電池装置 | |
JP2020119854A (ja) | 固体酸化物形燃料電池システム | |
JP2024012000A (ja) | 燃料電池モジュールおよび燃料電池モジュールのガス供給方法 | |
JP6177359B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230519 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231227 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240109 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240206 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7433182 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |