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公開番号2024137234
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-07
出願番号2023048678
出願日2023-03-24
発明の名称固体酸化物形燃料電池
出願人大阪瓦斯株式会社
代理人弁理士法人R&C
主分類H01M 8/04029 20160101AFI20240927BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】発電運転を停止する停止工程においてセルスタックを短時間で冷却可能な固体酸化物形燃料電池を提供する。
【解決手段】固体酸化物形燃料電池が、容器1の内部に、改質用水を気化させる気化部2、原燃料を気化部2から供給される水蒸気を用いて水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部3、改質部3から供給される燃料ガスを用いて発電するセルスタック4、及び、セルスタック4から排出されるオフガスを燃焼する燃焼部5を有するホットモジュール6と、容器1の外部から改質部3へ原燃料を供給する原燃料供給路7と、容器1の外部から気化部2へ改質用水を供給する改質用水供給路9とを備え、容器1の外部から供給される冷却用媒体が流れる媒体流路11を容器1の内部に備え、媒体流路11の一部は、流路断面積が拡大されることで冷却用媒体が滞留可能な滞留空間11cとなっている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
容器を有し、当該容器の内部に、供給される改質用水を気化させる気化部、原燃料を前記気化部から供給される水蒸気を用いて水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部、前記改質部から燃料ガス供給路を介して供給される前記燃料ガスを用いて発電するセルスタック、及び、前記セルスタックから排出されるオフガスを燃焼する燃焼部を有するホットモジュールと、
前記容器の外部から前記改質部へ前記原燃料を供給する原燃料供給路と、
前記容器の外部から前記気化部へ前記改質用水を供給する改質用水供給路と、を備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記容器の外部から供給される冷却用媒体が流れる媒体流路を前記容器の内部に備え、
前記媒体流路の一部は、流路断面積が拡大されることで前記冷却用媒体が滞留可能な滞留空間となっている固体酸化物形燃料電池。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
前記容器の内部に引き込まれた前記媒体流路は前記容器の内部で開放されることなく前記容器の外部に引き出される請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
前記媒体流路のうち、前記滞留空間よりも下流側の部分は、前記セルスタックを取り囲むように螺旋状に引き回された後で前記容器の外部に引き出される請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記容器の内部に引き込まれた前記媒体流路は前記容器の内部で開放され、前記容器の内部の気体が排出される排気口が前記容器に設けられる請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
前記媒体流路は前記滞留空間の下流側で開放される請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
前記媒体流路に供給される前記冷却用媒体の単位時間当たりの流量を調節する流量調節部と、
前記流量調節部の動作を制御する制御部とを備える請求項１～５の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
前記制御部は、前記セルスタックでの発電を停止させる発電停止処理を行う場合、前記媒体流路に前記冷却用媒体が流れるように前記流量調節部の動作を制御する請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項８】
前記制御部は、前記セルスタックでの発電を停止させる発電停止処理を行う場合、前記容器の内部の所定部位の温度が低下して設定温度以下になると前記媒体流路での前記冷却用媒体の通流が停止するように前記流量調節部の動作を制御する請求項７に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項９】
前記制御部は、前記セルスタックでの発電を停止させる発電停止処理を行う場合、前記容器の内部の前記所定部位の温度が低下するのにつれて前記媒体流路での前記冷却用媒体の流量が減少するように前記流量調節部の動作を制御する請求項８に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項１０】
前記媒体流路は前記改質用水供給路の途中の分岐部から分岐した流路であり、
前記流量調節部は前記分岐部から前記媒体流路に流れ込む前記冷却用媒体としての前記改質用水の単位時間当たりの流量を調節する請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池を運用する上で起動や停止は不可欠な動作である。特に、数百℃以上の高温で作動する固体酸化物形燃料電池では、起動工程において昇温するための期間及び停止工程において降温するための期間が、低温で作動する固体高分子形燃料電池などと比較して長くなる。そして、固体酸化物形燃料電池の起動工程及び停止工程に要する時間が長いほど、機器寿命や保証期間に占める発電していない時間の割合が大きくなる。従って、固体酸化物形燃料電池の利用者のメリットを最大化するためには、起動工程及び停止工程の長さを短縮することが好ましい。
【０００３】
例えば、固体酸化物形燃料電池の停止工程の場合、燃料電池を積極的に冷却すればその停止工程に要する期間を短くすることができる。例えば、特許文献１（特開２００３－３１７７６１号公報）には、冷却剤タンク（２０８）に貯えている冷却剤を燃料電池セット（２０２）に供給して、その燃料電池セットを冷却する液体冷却式燃料電池システムが記載されている。しかし、燃料電池セットに対して冷却剤が具体的にどのように作用しているのかは記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００３－３１７７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池を冷却するための例として、セルスタックを構成する燃料電池セルのカソードに供給される発電用の空気を用いる方法が考えられる。具体的には、燃料電池の停止工程を行っている間、燃料電池セルのアノードには燃料ガスを流さない状態で、カソードのみに空気を流し続ける方法である。この場合、停止工程に要する期間を短くするためには、カソードに供給する空気の流量を多くすることが好ましい。しかし、アノードには燃料ガスを流さず、且つ、カソードには多量の空気を流すような状態が継続されると、カソード側の圧力がアノード側の圧力よりも大幅に高くなるため、燃料電池セルにとって好ましくないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、発電運転を停止する停止工程においてセルスタックを短時間で冷却可能な固体酸化物形燃料電池を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る固体酸化物形燃料電池の特徴構成は、容器を有し、当該容器の内部に、供給される改質用水を気化させる気化部、原燃料を前記気化部から供給される水蒸気を用いて水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部、前記改質部から燃料ガス供給路を介して供給される前記燃料ガスを用いて発電するセルスタック、及び、前記セルスタックから排出されるオフガスを燃焼する燃焼部を有するホットモジュールと、
前記容器の外部から前記改質部へ前記原燃料を供給する原燃料供給路と、
前記容器の外部から前記気化部へ前記改質用水を供給する改質用水供給路と、を備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記容器の外部から供給される冷却用媒体が流れる媒体流路を前記容器の内部に備え、
前記媒体流路の一部は、流路断面積が拡大されることで前記冷却用媒体が滞留可能な滞留空間となっている点にある。
【０００８】
上記特徴構成によれば、容器の内部において媒体流路は容器の内部と同等の温度になる。容器の内部に設けられる媒体流路に冷却用媒体を流した場合、容器内部の熱によりその冷却用媒体の温度上昇及び気化が発生する。特に、媒体流路の滞留空間では冷却用媒体が滞留可能であるため、滞留している冷却用媒体によって容器の内部から多くの熱を奪うことができる。つまり、冷却用媒体により容器の内部の温度を低下させることができる。例えば、固体酸化物形燃料電池の発電運転を停止する停止工程において、媒体流路に冷却用媒体を流すことで、容器の内部の温度低下を促進することができる。
従って、発電運転を停止する停止工程においてセルスタックを短時間で冷却可能な固体酸化物形燃料電池を提供できる。
【０００９】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池の別の特徴構成は、前記容器の内部に引き込まれた前記媒体流路は前記容器の内部で開放されることなく前記容器の外部に引き出される点にある。
【００１０】
上記特徴構成によれば、容器の内部に冷却用媒体が放出されないため、容器の内部に冷却用媒体が付着することを回避できる。また、容器の内部から熱を奪った冷却用媒体が容器の外部に排出されるため、容器の内部の温度を速やかに低下させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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