JP7446113B2 - 燃料電池発電システム - Google Patents
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Description
複数の燃料電池カートリッジを有する燃料電池発電システムであって、
前記燃料電池カートリッジに内蔵されている複数のセルスタックにより電気出力の最小単位としてそれぞれ形成された2以上のセルグループで構成された複数の燃料電池ユニットと、
前記複数の燃料電池ユニットの各々に対して設けられる、前記燃料電池ユニットの出力電力の電力変換を行う複数の電力変換装置と、を備え、
前記燃料電池ユニットにおいて前記2以上のセルグループは直列に接続されている。
なお、燃料電池モジュール201や燃料電池カートリッジ203の詳細な説明については、最後にまとめて説明する。
具体的には、図1に示す実施形態では、1つの燃料電池カートリッジ203内で互いに平行に並んだ複数(4つ)のセルグループGが直列接続となるように、隣接するセルグループG同士が配線(第1配線41)で接続されている。また、各燃料電池カートリッジ203の両端に位置するセルグループGがそれぞれ電力変換装置4に配線(第3配線43)で接続されている。これによって、各燃料電池ユニット3が有する合計で4つのセルグループGの直列接続、および、燃料電池ユニット3と電力変換装置4との接続が形成されている。
また、以下においては、固体酸化物形燃料電池(SOFC)のセルスタックとして円筒形(筒状)を例として説明するが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。基体上に燃料電池セルを形成するが、基体ではなく電極(燃料極もしくは空気極)が厚く形成されて、基体を兼用したものでも良い。
固体酸化物形燃料電池の燃料極109に供給し利用できる燃料ガスとしては、水素(H2)および一酸化炭素(CO)、メタン(CH4)などの炭化水素系ガス、都市ガス、天然ガスのほか、石油、メタノール、及び石炭などの炭素含有原料をガス化設備により製造したガス化ガスなどが挙げられる。
空気極113は2層構成とすることもできる。この場合、固体電解質膜111側の空気極層(空気極中間層)は高いイオン導電性を示し、触媒活性に優れる材料で構成される。空気極中間層上の空気極層(空気極導電層)は、Sr及びCaドープLaMnO3で表されるペロブスカイト型酸化物で構成されても良い。こうすることにより、発電性能をより向上させることができる。
酸化性ガスとは,酸素を略15%~30%含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る燃料電池発電システム(1)は、
複数の燃料電池カートリッジ(203)を有する燃料電池発電システム(1)であって、
前記燃料電池カートリッジ(203)に内蔵されている複数のセルスタック(101)の一部により電気出力の最小単位としてそれぞれ形成された2以上のセルグループ(G)で構成された複数の燃料電池ユニット(3)と、
前記複数の燃料電池ユニット(3)の各々に対して設けられる、前記燃料電池ユニット(3)の出力電力の電力変換を行う複数の電力変換装置(4)と、を備え、
前記燃料電池ユニット(3)において前記2以上のセルグループ(G)は直列に接続されている。
前記燃料電池ユニット(3)は、1以上の前記燃料電池カートリッジ(203)が有する前記セルグループ(G)で構成される。
前記燃料電池ユニット(3)を構成する前記セルグループ(G)の数は偶数である。
上記(3)の構成によれば、燃料電池カートリッジ(203)からの電力取り出し部を、燃料電池カートリッジ(203)の上部または下部のどちらかに統一することができ、施工の容易化を図ることができる。
前記複数の電力変換装置(4)が出力する出力電力の少なくとも一部を電力供給先(7)に出力可能な電力出力回路(5)を、さらに備え、
前記電力出力回路(5)は、前記複数の電力変換装置(4)と前記電力供給先(7)との接続状態をそれぞれ切り替えることが可能な複数のスイッチ(51)を有する。
前記複数の燃料電池カートリッジ(203)の各々の温度を検出するための複数の温度検出手段と、
前記複数の燃料電池カートリッジ(203)の各々の温度が規定温度(Tc)になるように、前記複数の電力変換装置(4)の各々の出力を制御するよう構成された制御装置(6)と、をさらに備える。
前記制御装置(6)は、前記電力変換装置(4)の負荷を調整することで、前記複数の電力変換装置(4)の各々の出力を制御するよう構成されている。
上記(6)の構成によれば、各電力変換装置(4)の負荷を調整することで、各燃料電池ユニット(3)の温度が規定温度(Tc)になるように制御することができる。
前記制御装置(6)は、前記複数の燃料電池カートリッジ(203)を収容する圧力容器(205)の端部側に位置する前記燃料電池カートリッジ(203)に対して設けられた前記電力変換装置(4)の前記負荷を、前記圧力容器(205)の中央部に位置するものよりも小さくするよう構成されている。
3 燃料電池ユニット
4 電力変換装置
41 第1配線
42 第2配線
43 第3配線
5 電力出力回路
51 スイッチ
52 昇圧トランス
6 制御装置
62 温度計測部
7 電力供給先
101 セルスタック
103 基体管
105 燃料電池セル
107 インターコネクタ
109 燃料極
111 固体電解質膜
113 空気極
115 リード膜
201 燃料電池モジュール(SOFCモジュール)
203 燃料電池カートリッジ(SOFCカートリッジ)
205 圧力容器
207 燃料ガス供給管
207a 燃料ガス供給枝管
209 燃料ガス排出管
209a 燃料ガス排出枝管
215 発電室
217 燃料ガス供給ヘッダ
219 燃料ガス排出ヘッダ
221 酸化性ガス供給ヘッダ
223 酸化性ガス排出ヘッダ
225a 上部管板
225b 下部管板
227a 上部断熱体
227b 下部断熱体
229 ケーシング
229a 上部ケーシング
229b 下部ケーシング
231a 燃料ガス供給孔
231b 燃料ガス排出孔
233a 酸化性ガス供給孔
233b 酸化性ガス排出孔
235a 酸化性ガス供給隙間
235b 酸化性ガス排出隙間
237a シール部材
237b シール部材
241 集電板
242 集電棒
G セルグループ
Tc 規定温度
Claims (6)
- 複数の燃料電池カートリッジを有する燃料電池発電システムであって、
前記燃料電池カートリッジに内蔵されている複数のセルスタックにより電気出力の最小単位としてそれぞれ形成された2以上のセルグループで構成された複数の燃料電池ユニットと、
前記複数の燃料電池ユニットの各々に対して設けられる、前記燃料電池ユニットの出力電力の電力変換を行う複数の電力変換装置と、を備え、
前記燃料電池ユニットにおいて前記2以上のセルグループは直列に接続され、
前記複数のセルスタックの各々は、前記燃料電池カートリッジの一方側から他方側に沿って延在する長手方向を有し、
前記燃料電池ユニットを構成する前記セルグループの数は偶数であると共に、
前記複数の燃料電池ユニットのプラス端子およびマイナス端子は、前記複数の燃料電池カートリッジの前記一方側又は前記他方側のいずれか一方に統一して配置されている燃料電池発電システム。 - 前記燃料電池ユニットは、1以上の前記燃料電池カートリッジが有する前記セルグループで構成される請求項1に記載の燃料電池発電システム。
- 前記複数の電力変換装置が出力する出力電力の少なくとも一部を電力供給先に出力可能な電力出力回路を、さらに備え、
前記電力出力回路は、前記複数の電力変換装置と前記電力供給先との接続状態をそれぞれ切り替えることが可能な複数のスイッチを有する請求項1又は2に記載の燃料電池発電システム。 - 前記複数の燃料電池カートリッジの各々の温度を検出するための複数の温度検出手段と、
前記複数の燃料電池カートリッジの各々の温度が規定温度になるように、前記複数の電力変換装置の各々の出力を制御するよう構成された制御装置と、をさらに備える請求項1~3のいずれか1項に記載の燃料電池発電システム。 - 前記制御装置は、前記電力変換装置の負荷を調整することで、前記複数の電力変換装置の各々の出力を制御するよう構成されている請求項4に記載の燃料電池発電システム。
- 前記制御装置は、前記複数の燃料電池カートリッジを収容する圧力容器の端部側に位置する前記燃料電池カートリッジに対して設けられた前記電力変換装置の前記負荷を、前記圧力容器の中央部に位置するものよりも小さくするよう構成されている請求項5に記載の燃料電池発電システム。
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