燃料电池模块、发电系统以及燃料电池模块的运转方法技术方案

一实施方式的燃料电池模块具备：多个燃料电池单体，它们分别包括燃料侧电极、电解质及氧侧电极；燃料气体供给管，其向所述燃料侧电极供给燃料气体；氧化性气体供给管，其包括第一管线及从位于所述第一管线的下游端的分支点分支出且与一个以上的所述燃料电池单体分别连接的多个第二管线，且所述氧化性气体供给管向所述多个燃料电池单体的所述氧侧电极供给氧化性气体；以及至少一根升温用燃料气体供给管，其与比所述分支点靠下游侧的所述第二管线连接。线连接。线连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池模块、发电系统以及燃料电池模块的运转方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池模块、具备该燃料电池模块的发电系统以及该燃料电池模块的运转方法。

技术介绍

[0002]已知有一种燃料电池，该燃料电池将由燃料侧电极、电解质以及氧侧电极构成的燃料电池单体作为最小单位，且通过使向燃料侧电极供给的燃料气体与向氧侧电极供给的氧化性气体发生化学反应来进行发电。其中，固体氧化物型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell(SOFC))将陶瓷等固体氧化物用作电解质，且例如将城市煤气、天然气等用作燃料气体，并例如将包含氧的空气等用作氧化性气体。这样的SOFC已知为为了提高离子传导率而使工作温度高达约700～1000℃的程度且用途广泛、高效率的高温型燃料电池。SOFC例如与燃气轮机、微型燃气轮机以及涡轮增压器等旋转设备组合而提高运转压力，由此能够进行更高效率的发电。另外，在这样的加压发电系统中，将从压缩机喷出的压缩空气作为氧化性气体向SOFC的氧侧电极供给，并且将从SOFC排出的高温的燃料废气向燃气轮机等旋转设备入口的燃烧器供给并进行燃烧，且利用在燃烧器产生的高温的燃烧气体来使旋转设备旋转，由此能够实现动力的回收。
[0003]通常，燃料电池构成为具备多个盒(cartridge)、电池堆的燃料电池模块，且该盒、电池堆收容有多个燃料电池单体。
[0004]SOFC在起动时需要使燃料电池单体升温至高温。作为其升温方案，而在专利文献1～3中公开了如下的方案，该方案在氧侧电极担载氧化催化剂而附加催化功能，且在氧侧电极为能够进行催化燃烧的温度时，向氧化性气体添加可燃界限浓度以下的燃料气体而进行催化燃烧，从而使燃料电池单体升温。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1：日本特许第5601945号公报
[0008]专利文献2：日本特开2018
‑
6004号公报
[0009]专利文献3：美国专利第9874158号说明书

技术实现思路

[0010]专利技术要解决的课题
[0011]最近，由于大容量化的趋势，因此模块内的盒、电池堆的数量不断增加。因此，担心在盒、电池堆间温度的偏差会增大。若引起温度的偏差，则在一部分的燃料电池单体发电量会降低，因此需要对该温度偏差进行改善。在专利文献1～3所公开的燃料电池单体的升温方案中，在燃料电池模块的外部对在将氧化性气体向燃料电池模块供给的上游侧设置的起始管添加燃料气体。因此，不能对在模块内设置的多个盒中的每个进行燃料气体的流量、浓度的调整。因此，不能进行每个盒的温度调整。
[0012]本专利技术的一实施方式的目的在于，对收容于模块内的多个燃料电池单体的温度分布的偏差进行抑制。
[0013]用于解决课题的方案
[0014](1)一实施方式的燃料电池模块具备：
[0015]多个燃料电池单体，它们分别包括燃料侧电极、电解质及氧侧电极；
[0016]燃料气体供给管，其向所述燃料侧电极供给燃料气体；
[0017]氧化性气体供给管，其包括第一管线及从位于所述第一管线的下游端的分支点分支出且与一个以上的所述燃料电池单体分别连接的多个第二管线，且所述氧化性气体供给管向所述多个燃料电池单体的所述氧侧电极供给氧化性气体；以及
[0018]至少一根升温用燃料气体供给管，其与比所述分支点靠下游侧的所述第二管线连接。
[0019]在此，“下游端”是指氧化性气体的流动方向下游端，“下游侧”是指氧化性气体的流动方向下游侧。另外，氧化性气体是指包含大致15％～30％的氧的气体，代表性地优选为空气，但除了空气以外，还可以使用燃烧废气与空气的混合气体、氧与空气的混合气体等。
[0020]在上述(1)的结构中，在运转中，从上述升温用燃料气体供给管向第二管线添加燃料气体，并将燃料气体导入在模块内设置的燃料电池单体的氧侧电极，利用燃料气体的燃烧来使燃料电池单体升温。由于多个第二管线各自与一个以上的燃料电池单体分别连接，因此将升温用燃料气体平衡性良好地向多个燃料电池单体供给。由此，能够抑制在模块内设置的多个燃料电池单体的温度分布的偏差。因此，能够抑制多个燃料电池单体的发电性能的偏差而提升发电性能。
[0021](2)在一实施方式中，在所述(1)的结构的基础上，
[0022]所述燃料电池模块具备将燃料废气从所述燃料电池单体排出的燃料废气排出管，
[0023]所述燃料电池模块构成为，所述升温用燃料气体供给管的上游端与所述燃料废气排出管连接，排出到所述燃料废气排出管的所述燃料废气的至少一部分经由所述升温用燃料气体供给管以及所述第二管线而向所述燃料电池单体供给。
[0024]根据上述(2)的结构，通过将从燃料废气排出管排出的未燃燃料气体向燃料电池单体供给，而能够对从燃料电池单体暂时排出的未燃燃料气体进行再利用。另外，通过使稀释了的未燃燃料气体向升温用燃料气体供给管供给，能够调整在各场所配置的多个升温用燃料气体供给管内的燃料气体的浓度。
[0025](3)在一实施方式中，在所述(1)或(2)的基础上，
[0026]所述燃料电池模块具备一个以上的盒，所述一个以上的盒分别收容有两个以上的所述燃料电池单体，
[0027]各个所述第二管线与所述一个以上的盒连接。
[0028]根据上述(3)的结构，通过构成为能够将氧化性气体从构成第二管线的一根或者少数配管对在一个盒收容的多个燃料电池单体进行供给，能够将第二管线简化。
[0029](4)在一实施方式中，在所述(3)的结构的基础上，
[0030]多个所述盒配置为列状，
[0031]所述第二管线包括：至少一根分支管，其沿着多个所述盒的排列方向配置；以及支管，其从该分支管分支出且与多个所述盒分别连接，
[0032]所述至少一根升温用燃料气体供给管包括与在多个所述盒的排列方向中央部设置的所述一根分支管连接的升温用燃料气体供给管。
[0033]根据上述(4)的结构，由于向在盒排列方向中央部设置的上述一根分支管供给升温用燃料气体，因此能够将升温用燃料气体平衡性良好地向下游侧的多个盒分配。
[0034](5)在一实施方式中，在所述(3)或(4)的结构的基础上，
[0035]多个所述盒配置为列状，
[0036]所述第二管线包括：至少一根分支管，其沿着多个所述盒的排列方向配置；以及支管，其从该分支管分支出且与多个所述盒分别连接，
[0037]所述至少一根升温用燃料气体供给管包括如下升温用燃料气体供给管：所述升温用燃料气体供给管连接于与在多个所述盒的排列方向两端的至少一侧设置的所述盒连接的所述支管。
[0038]在将氧化性气体从一根或者少数根第二管线向配置为列状的多个盒供给的情况下，排列方向端侧的盒的温度容易变低。相对于此，根据上述(5)的结构，能够直接将升温用燃料气体以不会产生不足的方式向排列方向端侧的单个盒供给。
[0039](6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池模块，其特征在于，所述燃料电池模块具备：多个燃料电池单体，它们分别包括燃料侧电极、电解质及氧侧电极；燃料气体供给管，其向所述燃料侧电极供给燃料气体；氧化性气体供给管，其包括第一管线及从位于所述第一管线的下游端的分支点分支出且与一个以上的所述燃料电池单体分别连接的多个第二管线，且所述氧化性气体供给管向所述多个燃料电池单体的所述氧侧电极供给氧化性气体；以及至少一根升温用燃料气体供给管，其与比所述分支点靠下游侧的所述第二管线连接。2.根据权利要求1所述的燃料电池模块，其特征在于，所述燃料电池模块具备将燃料废气从所述燃料电池单体排出的燃料废气排出管，所述燃料电池模块构成为，所述升温用燃料气体供给管的上游端与所述燃料废气排出管连接，排出到所述燃料废气排出管的所述燃料废气的至少一部分经由所述升温用燃料气体供给管以及所述第二管线而向所述燃料电池单体供给。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池模块，其特征在于，所述燃料电池模块具备一个以上的盒，所述一个以上的盒分别收容有两个以上的所述燃料电池单体，各个所述第二管线与所述一个以上的盒连接。4.根据权利要求3所述的燃料电池模块，其特征在于，多个所述盒配置为列状，所述第二管线包括：至少一根分支管，其沿着多个所述盒的排列方向配置；以及支管，其从该分支管分支出且与多个所述盒分别连接，所述至少一根升温用燃料气体供给管包括与在多个所述盒的排列方向中央部设置的所述一根分支管连接的升温用燃料气体供给管。5.根据权利要求3或4所述的燃料电池模块，其特征在于，多个所述盒配置为列状，所述第二管线包括：至少一根分支管，其沿着多个所述盒的排列方向配置；以及支管，其从该分支管分支出且与多个所述盒分别连接，所述至少一根升温用燃料气体供给管包括如下升温用燃料气体供给管：所述升温用燃料气体供给管连接于与在多个所述盒的排列方向两端的至少一侧设置的所述盒连接的所述支管。6.根据权利要求4或5所述的燃料电池模块，其特征在于，各个所述第二管线包括位于盒列的侧方的直线配管部，所述多个第二管线各自...

【专利技术属性】
技术研发人员：河户希美，入江弘毅，富田和男，浦下靖崇，真竹德久，森龙太郎，
申请(专利权)人：三菱动力株式会社，
类型：发明
国别省市：