(57)【要約】【課題】発電室に供給される空気の量、および、発電室の冷却に用いられる空気の量の合計を減らすとともに、発電室内部の温度調整を容易にすることができる固体酸化物形燃料電池を提供する。【解決手段】発電を行う複数の発電セルが内部に収納された発電室２と、発電室２と熱的に接続して配置された冷却部３と、発電セルにおける発電に用いられる空気を供給する空気供給部１１と、空気供給部１１を流れる空気の少なくとも一部を冷却部３に導く分岐部１３と、空気供給部１１および分岐部１３を流れる空気の流量を制御する冷却用調整部１５とが設けられていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電を行う複数の発電セルが内部に収納された発電室と、
該発電室と熱的に接続して配置された冷却部と、
前記発電セルにおける発電に用いられる空気を供給する空気供給部と、
該空気供給部を流れる空気の少なくとも一部を前記冷却部に導く分岐部と、
前記空気供給部および前記分岐部を流れる空気の流量を制御する冷却用調整部と
が設けられていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記発電セルにおける発電に用いられた後の空気を、前記発電室の外部に導く第１空気排出部と、
前記冷却部を通過して前記冷却部および前記発電室を冷却した後の空気を、前記空気排出部に導く第２空気排出部と、
が設けられていることを特徴とする請求項１記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
前記第２空気排出部と、前記分岐部とを空気が流通可能に接続する循環部と、
前記第２空気排出部から前記第１空気排出部に流入する空気の流量と、循環部に流入する空気の流量と、を制御する循環用調整部と、
が設けられていることを特徴とする請求項２記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記第２空気排出部には、前記冷却部を通過する空気の流量を制御する循環用ブロアが設けられていることを特徴とする請求項３記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
前記発電セルにおける発電に用いられる燃料を供給する燃料供給部と、
該燃料供給部を流れる燃料の少なくとも一部を前記冷却部に導く分岐部と、
前記燃料供給部および前記分岐部を流れる燃料の流量を制御する冷却用調整部と、
が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
発電を行う複数の発電セルが内部に収納された発電室と、
該発電室と熱的に接続して配置された冷却部と、
前記発電セルにおける発電に用いられる燃料を供給する燃料供給部と、
該燃料供給部を流れる燃料の少なくとも一部を前記冷却部に導く分岐部と、
前記燃料供給部および前記分岐部を流れる燃料の流量を制御する冷却用調整部と、
が設けられていることを特徴とする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。
【背景技術】
【０００２】
現在、固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」と表記する。）においては、高出力化が進められており、その一つの方法として、カートリッジあたりのセルの充填密度を上げることが考えられる。
【０００３】
このようにカートリッジあたりのセルの充填密度を上げた高充填構造においては、セルの充填密度が低い従来の構造と比較して、発熱密度が高くなる。そのままでは、ＳＯＦＣの発電室内部の温度が適正な範囲から外れるおそれが高い。そのため、発電室内部の温度を適正な範囲内に収めるためには、何らかの冷却手段が必要となる。
このような冷却手段としては、例えば、気体などの流体を発電室の冷却に用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
特許文献１に記載された技術に代表されるように、現状のＳＯＦＣに係るシステム系統では、冷却用の気体を供給する冷却ラインがないため、コスト、効率、運用性を総合的に考慮し、発電室冷却用のラインを追加して設ける必要があった。
【特許文献１】特開２００６−２５２９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、発電室冷却用のラインを追加して設けた場合、ＳＯＦＣの運用コストや、効率などを考慮して、発電室の冷却に用いた流体である空気を、そのまま発電室に供給する方法も考えられる。
【０００６】
しかしながら、この方法では、発電室の冷却に用いる冷却用空気の流量と、発電室に供給される発電用空気の流量とが等しくなるため、発電室の内部における温度調整が難しくなるおそれがあった。
つまり、上述の温度調整のパラメータである冷却用空気の量と、発電用空気の量とが同一であって個別に調節できないため、発電室の内部における温度調整の自由度が低くなることから、温度調整が難しくなるという問題があった。
【０００７】
特に、ＳＯＦＣの起動中は、発電室等の昇温を加速するため、冷却用空気の流量を極力減らしたいという要望がある。言い換えると、発電室等の温度を短時間で定常運転時の温度に到達させるために、発電室等の温度を低下させる冷却用空気の流量を極力減らしたいという要望がある。
このような場合に、冷却用空気の流量と、発電用空気の流量とが個別に調節できないときには、上述の要望に応えることができず、発電室等の昇温を加速することが困難であった。
【０００８】
さらに、ＳＯＦＣのシステム効率を上げるためには、冷却用空気の量と、発電用空気の量との合計の空気量を減らすことが望ましい。しかしながら、冷却用空気の量と、発電用空気の量と、を同時に減らすと、発電室の温度を適正な範囲に保つことが困難になるおそれがあった。
【０００９】
つまり、発電用空気の量を減らすと、発電用空気により外部に持ち去られていた熱の減り、発電室の温度が上昇する。この温度上昇を抑えるためには、冷却用空気の量を増やす必要がある。
つまり、冷却用空気の量と、発電用空気の量と、を同時に減らすと、発電室の温度が適正な範囲から外れ、その一方で、発電室の温度が適正な範囲に保つと、冷却用空気の量と、発電用空気の量と、を減らすことが困難になるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、発電室に供給される空気の量、および、発電室の冷却に用いられる空気の量の合計を減らすとともに、発電室内部の温度調整を容易にすることができる固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の固体酸化物形燃料電池は、発電を行う複数の発電セルが内部に収納された発電室と、該発電室と熱的に接続して配置された冷却部と、前記発電セルにおける発電に用いられる空気を供給する空気供給部と、該空気供給部を流れる空気の少なくとも一部を前記冷却部に導く分岐部と、前記空気供給部および前記分岐部を流れる空気の流量を制御する冷却用調整部とが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、空気供給部を流れる空気の少なくとも一部を冷却部に供給することができ、さらに、空気供給部を流れる空気の流量と関係なく、冷却部に供給される空気の流量を制御することができる。
【００１３】
そのため、冷却部における発電室を冷却する能力の制御性が向上する。例えば、発電に用いられる空気の流量を一定にした状態で、冷却室に供給される空気の流量を減らす、または、増やすことができる。あるいは、発電に用いられる空気の流量を減らしても、または、増やしても、冷却室に供給される空気の流量を一定に保つことができる。
【００１４】
上記発明においては、前記発電セルにおける発電に用いられた後の空気を、前記発電室の外部に導く第１空気排出部と、前記冷却部を通過して前記冷却部および前記発電室を冷却した後の空気を、前記空気排出部に導く第２空気排出部と、が設けられていることが望ましい。
【００１５】
本発明によれば、第１空気排出部を流れる空気の温度であって、第２空気排出部を流れる空気が導かれた後の空気の温度が低下する。
【００１６】
つまり、冷却部において冷却に用いられた後の空気は、発電セルにおける発電に用いられた後の空気、言い換えると、発電室を通過した空気よりも温度が低い。そのため、第１空気排出部を流れる発電に用いられた後の空気に、第２空気排出部を流れる冷却に用いられた後の空気が混合されると、混合後の空気は、混合前の発電に用いられた後の空気よりも温度が低くなる。
【００１７】
そのため、第２空気排出部を流れる空気を導かない場合と比較して、第１空気排出部を構成する材料として、耐熱性が低い材料を用いることができる。あるいは、第１空気排出部を流れる空気の温度を下げる他の構成を設ける必要がない。
【００１８】
上記発明においては、前記第２空気排出部と、前記分岐部とを空気が流通可能に接続する循環部と、前記第２空気排出部から前記第１空気排出部に流入する空気の流量と、循環部に流入する空気の流量と、を制御する循環用調整部と、が設けられていることが望ましい。
【００１９】
本発明によれば、冷却部から流出して第２空気排出部に流入した空気の一部を、循環部を介して再び冷却部に流入させることができ、さらに、循環部を介して冷却部に循環させる空気の流量を制御することができる。
【００２０】
つまり、冷却部、第２空気排出部の一部、循環部、および、分岐部の一部の順で空気が循環して流れる経路が形成される一方で、分岐部から新たな空気が当該経路に供給されるとともに、第２空気排出部から循環している空気の一部が当該経路から排出される。
【００２１】
そのため、空気供給部に流入する空気の流量を増やすことなく、冷却部を通過する空気の流量を増加させるとともに、冷却部を通過する空気の温度を調節することができる。
【００２２】
上記発明においては、前記第２空気排出部には、前記冷却部を通過する空気の流量を制御する循環用ブロアが設けられていることが望ましい。
【００２３】
本発明によれば、循環用ブロアが設けられていない場合と比較して、冷却部を通過する空気の流量、言い換えると、冷却部、第２空気排出部の一部、循環部、および、分岐部の一部の順で空気が循環する経路における流量の制御性が高くなる。
【００２４】
上記発明においては、前記発電セルにおける発電に用いられる燃料を供給する燃料供給部と、該燃料供給部を流れる燃料の少なくとも一部を前記冷却部に導く分岐部と、前記燃料供給部および前記分岐部を流れる燃料の流量を制御する冷却用調整部と、が設けられていることが望ましい。
【００２５】
本発明によれば、燃料供給部から供給された燃料の少なくとも一部を冷却部に供給することができ、さらに、燃料供給部を流れる燃料の流量と関係なく、冷却部に供給される燃料の流量を制御することができる。
そのため、冷却部における発電室を冷却する能力をさらに向上させることができる。
【００２６】
本発明の固体酸化物形燃料電池は、発電を行う複数の発電セルが内部に収納された発電室と、該発電室と熱的に接続して配置された冷却部と、前記発電セルにおける発電に用いられる燃料を供給する燃料供給部と、該燃料供給部を流れる燃料の少なくとも一部を前記冷却部に導く分岐部と、前記燃料供給部および前記分岐部を流れる燃料の流量を制御する冷却用調整部と、が設けられていることを特徴とする。
【００２７】
本発明によれば、燃料供給部を流れる燃料の少なくとも一部を冷却部に供給することができ、さらに、燃料供給部を流れる燃料の流量と関係なく、冷却部に供給される燃料の流量を制御することができる。
そのため、冷却部における発電室を冷却する能力の制御性が向上する。例えば、発電に用いられる燃料の流量を一定にした状態で、冷却室に供給される燃料の流量を減らす、または、増やすことができる。あるいは、発電に用いられる燃料の流量を減らしても、または、増やしても、冷却室に供給される燃料の流量を一定に保つことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の固体酸化物形燃料電池によれば、空気供給部を流れる空気の少なくとも一部を冷却部に供給することができ、さらに、空気供給部を流れる空気の流量と関係なく、冷却部に供給される空気の流量を制御することができるため、発電室に供給される空気の量、および、発電室の冷却に用いられる空気の量の合計を減らすとともに、発電室内部の温度調整を容易にすることができるという効果を奏する。
【００２９】
本発明の固体酸化物形燃料電池によれば、空気供給部を流れる空気の流量と関係なく、燃料供給部を流れる燃料の少なくとも一部を冷却部に供給することができるため、発電室に供給される空気の量、および、発電室の冷却に用いられる空気の量の合計を減らすとともに、発電室内部の温度調整を容易にすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るＳＯＦＣついて図１および図２を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るＳＯＦＣの構成を説明する模式図である。
ＳＯＦＣシステム（固体酸化物形燃料電池）１は、図１に示すように、都市ガスなどの燃料の供給を受けて発電するものである。
ＳＯＦＣシステム１には、ＳＯＦＣ発電室（発電室）２と、ＳＯＦＣ発電室２を冷却する冷却部３と、ガスタービン４と、燃料供給部５と、が主に設けられている。
【００３１】
ＳＯＦＣ発電室２は、図１に示すように、内部に発電を行うＳＯＦＣ発電セル（図示せず）が収納されたものである。
さらに、ＳＯＦＣ発電室２には、ガスタービン４から圧縮された空気を供給する第１供給配管（空気供給部）１１と、燃料供給部５から燃料を供給する第２供給配管（燃料供給部）２１が接続されている。
【００３２】
さらに、ＳＯＦＣ発電室２における発電に用いられた後の空気を、ガスタービン４の燃焼器４２に供給する第１排出配管（第１空気排出部）１２と、発電に用いられた燃料である排ガス、および、発電に用いられなかった燃料（以下、「発電に用いられた後の燃料」と表記する。）を、ガスタービン４の燃焼器４２に供給する第２排出配管２２と、が設けられている。
【００３３】
なお、ＳＯＦＣ発電室２の構成としては公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
【００３４】
第１供給配管１１は、ガスタービン４のコンプレッサ部４１において圧縮された空気をＳＯＦＣ発電室２に導く配管であり、かつ、分岐配管１３にも上述の圧縮された空気を導く配管である。言い換えると、第１供給配管１１の一方の端部はコンプレッサ部４１に接続され、他方の端部はＳＯＦＣ発電室２に接続されている。
【００３５】
第２供給配管２１は、燃料供給部５から供給された燃料をＳＯＦＣ発電室２に導く配管である。言い換えると、第２供給配管２１の一方の端部は燃料供給部に接続され、他方の端部はＳＯＦＣ発電室２に接続されている。
【００３６】
さらに、第２供給配管２１と第２排出配管２２との間には、ＳＯＦＣ発電室２に供給される燃料と、発電に用いられた後の燃料との間で熱交換を行う燃料予熱器２３が設けられている。言い換えると、燃料予熱器２３は、発電に用いられた後の燃料の熱を用いて、ＳＯＦＣ発電室２に供給される燃料を予熱するものである。
【００３７】
第１排出配管１２は、発電に用いられた後の空気をガスタービン４の燃焼器４２に導く配管であり、かつ、冷却部３を通過した空気も燃焼器４２に導く配管である。言い換えると、第１排出配管１２の一方の端部はＳＯＦＣ発電室２に接続され、他方の端部は燃焼器４２に接続されている。
【００３８】
第２排出配管２２は、発電に用いられた後の燃料をガスタービン４の燃焼器４２に導く配管である。言い換えると、第２排出配管２２の一方の端部はＳＯＦＣ発電室２に接続され、他方の端部は燃焼器４２に接続されている。
【００３９】
さらに、第２排出配管２２には、発電に用いられた後の燃料の一部を、第２供給配管２１に再循環させる燃料再循環流路２４および燃料再循環ブロア２５が設けられている。
【００４０】
燃料再循環流路２４は、燃料再循環ブロア２５とともに発電に用いられた後の燃料の一部を、第２供給配管２１に再循環させる流路であって、一方の端部が第２排出配管２２に接続され、他方の端部が第２供給配管２１に接続されたものである。
具体的には、燃料再循環流路２４の一方の端部が、第２排出配管２２における燃料再循環ブロア２５と燃焼器４２との間に接続され、他方の端部が、第２供給配管２１における燃料供給部５と燃料予熱器２３との間に接続されている。
【００４１】
燃料再循環ブロア２５は、燃料再循環流路２４とともに用いられた後の燃料の一部を、第２供給配管２１に再循環させるブロアであって、第２排出配管２２に配置されたものである。具体的には、第２排出配管２２における燃料予熱器２３から燃料再循環流路２４との接続部との間に配置されたものである。
【００４２】
図２は、図１の冷却部の構成を説明する斜視図である。
冷却部３は、図１および図２に示すように、ＳＯＦＣ発電室２に隣接して熱伝導可能に配置され、ＳＯＦＣ発電室２で発生した熱を取り除くものである。
【００４３】
冷却部３には、図２に示すように、ＳＯＦＣ発電室２の壁面の外側に沿って蛇行して延びる冷却流路３１が設けられている。
冷却流路３１は、一方の端部が分岐配管１３に接続され、他方の端部が第１冷却用排出配管１４に接続されている。
【００４４】
さらに冷却部３には、図１に示すように、ガスタービン４のコンプレッサ部４１から供給された空気を供給する分岐配管（分岐部）１３が接続されているとともに、冷却後の空気を第１排出配管１２に導く第１冷却用排出配管（第２空気排出部）１４が接続されている。
【００４５】
分岐配管１３は、一方の端部が第１供給配管１１に接続され、他方の端部が冷却部３の冷却流路３１に接続されている。さらに、分岐配管１３には、分岐配管１３を流れる空気の流量を制御する冷却用調整弁（冷却用調整部）１５が設けられている。
【００４６】
冷却用調整弁１５は、分岐配管１３を流れる空気の流量を制御することにより、冷却部３に流入する空気の流量を制御するものであって、分岐配管１３に設けられたものである。
冷却用調整弁１５としては、公知の流量調整弁を用いることができ、特に限定するものではない。
【００４７】
第１冷却用排出配管１４は、冷却部３においてＳＯＦＣ発電室２の冷却に用いられた後の空気を第１排出配管１２に導く配管であって、一方の端部が冷却部３に接続され、他方の端部が第１排出配管１２に接続されたものである。
【００４８】
ガスタービン４は、図１に示すように、少なくともＳＯＦＣ発電室２に圧縮された空気を導くものである。
ガスタービン４には、コンプレッサ部４１と、燃焼器４２と、タービン部４３と、回転軸４４とが設けられている。
【００４９】
コンプレッサ部４１は、図１に示すように、回転軸４４により回転駆動されて空気を圧縮するとともに、圧縮された空気を、第１供給配管１１を介してＳＯＦＣ発電室２に供給するとともに、第１供給配管１１および分岐配管１３を介して冷却部３に供給するものである。
コンプレッサ部４１としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
【００５０】
燃焼器４２は、図１に示すように、発電に用いられた後の燃料と、発電に用いられた後の空気が供給され、発電に用いられた後の燃料に含まれる未燃燃料を燃焼させるものである。
【００５１】
燃焼器４２には、発電に用いられた後の空気が流れる第１排出配管１２と、発電に用いられた後の燃料が流れる第２排出配管２２と、が接続されている。さらに、燃焼器４２における燃料の燃焼により生成された高温排気ガスは、タービン部４３に導かれている。
なお、燃焼器４２は、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００５２】
タービン部４３は、図１に示すように、燃焼器４２により生成された高温燃焼ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、当該回転駆動力を回転軸４４に伝達するものである。
タービン部４３としては、公知の構成のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００５３】
次に、上記の構成からなるＳＯＦＣシステム１における発電方法について説明する。
まず、定常運転状態におけるＳＯＦＣシステム１の発電方法について説明する。
【００５４】
ＳＯＦＣシステム１において発電が行われる場合には、図１に示すように、ガスタービン４のコンプレッサ部４１により空気が圧縮され、圧縮された空気は第１供給配管１１を介してＳＯＦＣ発電室２に供給される。
その一方で、燃料供給部５から供給された燃料は、第２供給配管２１を介してＳＯＦＣ発電室２に供給される。
【００５５】
ＳＯＦＣ発電室２における発電セルでは、供給された空気および燃料を用いて発電が行われ、発電を行う際に発電セルにおいて熱が発生する。
発電に用いられた後の空気、および、発電に用いられた後の燃料は、発電セルにおいて発生した熱より加熱され、高温の発電に用いられた後の空気、および、高温の発電に用いられた後の燃料となる。
【００５６】
発電に用いられた後の燃料は、ＳＯＦＣ発電室２から第２排出配管２２に流入し、燃料予熱器２３に流入する。燃料予熱器２３では、第２排出配管２２を流れる発電に用いられた後の燃料の熱を用いて、第２供給配管２１を流れる発電に用いられる燃料が予熱される。
【００５７】
燃料予熱器２３を通過した発電に用いられた後の燃料は、燃料再循環ブロア２５により燃焼器４２に向かって送出される。燃料再循環ブロア２５により送出された発電に用いられた後の燃料の一部は、燃料再循環流路２４を通って第２供給配管２１に流入する。
【００５８】
その一方で、発電に用いられた後の空気は、第１排出配管１２を介して燃焼器４２に流入する。
燃焼器４２では、第２排出配管２２を介して流入した発電に用いられた後の燃料が燃焼され、高温の燃焼ガスが生成される。
【００５９】
高温の燃焼ガスは燃焼器４２からタービン部４３に流入し、タービン部４３は高温の燃焼ガスから回転駆動力を発生させる。回転駆動力は、タービン部４３から回転軸４４に伝達され、回転軸４４を介して、コンプレッサ部４１に伝達される。
コンプレッサ部４１は、伝達された回転駆動力を用いて空気の圧縮を行う。
【００６０】
その一方で、第１供給配管１１を流れる空気の一部は分岐配管１３に流入し、図２に示すように、冷却部３の冷却流路３１に流入する。空気は冷却流路３１を流れる間に、ＳＯＦＣ発電室２において発生した熱を吸収する。言い換えると、ＳＯＦＣ発電室２の冷却を行う。
ここで、分岐配管１３に流入する空気の流量は、冷却用調整弁１５により制御されている。
【００６１】
冷却部３の冷却流路３１を通過した空気は、図１に示すように、第１冷却用排出配管１４を介して、第１排出配管１２に流入する。第１排出配管１２に流入した空気は、ＳＯＦＣ発電室２から流入した高温の発電に用いられた後の空気と混合される。
【００６２】
次に、ＳＯＦＣシステム１を起動する場合であって、ＳＯＦＣ発電室２の昇温を加速させるときについて説明する。
【００６３】
ＳＯＦＣ発電室２の昇温を加速させる場合には、図１に示すように、ＳＯＦＣ発電室２に供給される空気、つまり、発電に用いられる空気の流量を減らすとともに、冷却用調整弁１５の弁開度を広げて冷却部３に供給される空気の流量の確保が行われる。
そのため、コンプレッサ部４１から供給される圧縮された空気の流量は、ＳＯＦＣ発電室２に供給される空気の流量における減少分だけ減少する。
【００６４】
上記の構成によれば、第１供給配管１１を流れる空気の少なくとも一部を冷却部３に供給することができ、さらに、第１供給配管１１を流れる空気の流量と関係なく、冷却部３に供給される空気の流量を制御することができる。
そのため、冷却部３におけるＳＯＦＣ発電室２を冷却する能力の制御性が向上する。例えば、発電に用いられる空気の流量を一定にした状態で、ＳＯＦＣ発電室２に供給される空気の流量を減らす、または、増やすことができる。あるいは、発電に用いられる空気の流量を減らしても、または、増やしても、ＳＯＦＣ発電室２に供給される空気の流量を一定に保つことができる。
【００６５】
言い換えると、ＳＯＦＣシステム１におけるＳＯＦＣ発電室２に供給される空気の量、および、ＳＯＦＣ発電室２の冷却に用いられる空気の量の合計を減らすとともに、ＳＯＦＣ発電室２内部の温度調整を容易にすることができる。
【００６６】
第１冷却用排出配管１４は、冷却部３においてＳＯＦＣ発電室２の冷却に用いられた後の空気を第１排出配管１２に導くため、第１排出配管１２を流れる空気の温度であって、第１冷却用排出配管１４を流れる空気が導かれた後の空気の温度が低下する。
【００６７】
つまり、冷却部３において冷却に用いられた後の空気は、発電セルにおける発電に用いられた後の空気、言い換えると、ＳＯＦＣ発電室２を通過した空気よりも温度が低い。そのため、第１冷却用排出配管１４を流れる発電に用いられた後の空気に、第１冷却用排出配管１４を流れる冷却に用いられた後の空気が混合されると、混合後の空気は、混合前の発電に用いられた後の空気よりも温度が低くなる。
【００６８】
そのため、第１冷却用排出配管１４を流れる空気を導かない場合と比較して、第１排出配管１２を構成する材料として、耐熱性が低い材料を用いることができる。あるいは、第１排出配管１２を流れる空気の温度を下げる熱交換器などの他の構成要素を設ける必要がない。
【００６９】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図３を参照して説明する。
本実施形態のＳＯＦＣシステムの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、冷却部周辺における空気の流れが異なっている。よって、本実施形態においては、図３を用いて冷却部周辺の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図３は、本実施形態に係るＳＯＦＣシステムの構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７０】
ＳＯＦＣシステム（固体酸化物形燃料電池）１０１の冷却部３には、図３に示すように、ガスタービン４のコンプレッサ部４１から供給された空気を供給する分岐配管１３が接続されているとともに、冷却後の空気を第１排出配管１２に導く第１冷却用排出配管１４が接続されている。
【００７１】
さらに、第１冷却用排出配管１４と分岐配管１３との間には、両者の間で空気の流通を可能とする循環配管（循環部）１１１が設けられている。
循環配管１１１は、一方の端部が第１冷却用排出配管１４に接続され、他方の端部が分岐配管１３における冷却部３と冷却用調整弁１５との間に接続された流路である。
【００７２】
その一方で、第１冷却用排出配管１４には、冷却部３を循環する空気の流量を制御する循環用調整弁（循環用調整部）１１２および循環用ブロア１１３が設けられている。
【００７３】
循環用調整弁１１２は、第１冷却用排出配管１４における循環配管１１１との接続部と、第１排出配管１２との接続部との間に配置された流量調整弁である。なお、循環用調整弁１１２としては、公知の流量調整弁を用いることができ、特に限定するものではない。
【００７４】
循環用ブロア１１３は、第１冷却用排出配管１４における冷却部３との接続部と、循環配管１１１との接続部との間に配置されたブロアである。なお、循環用ブロア１１３としては、公知のブロアを用いることができ、特に限定するものではない。
【００７５】
次に、上記の構成からなるＳＯＦＣシステム１０１における発電方法について説明する。
なお、ＳＯＦＣ発電室２や、ガスタービン４等における燃料や空気の流れについては、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００７６】
図３に示すように、第１供給配管１１を流れる空気の一部は、分岐配管１３に流入して冷却部３の冷却流路３１に流入する。さらに、後述する循環配管１１１から分岐配管１３に流入した空気も、冷却部３の冷却流路３１に流入する。
空気は冷却流路３１を流れる間に、ＳＯＦＣ発電室２において発生した熱を吸収する。言い換えると、ＳＯＦＣ発電室２の冷却を行う。
【００７７】
ここで、第１供給配管１１から分岐配管１３に流入する空気の流量は、冷却用調整弁１５により制御される。
【００７８】
冷却部３の冷却流路３１を通過した空気は、第１冷却用排出配管１４を介して、第１排出配管１２に流入する。第１冷却用排出配管１４に流入した空気は、循環用ブロア１１３により、循環配管１１１や第１排出配管１２に向けて送出される。
【００７９】
循環用ブロア１１３により送出された空気の一部は、第１冷却用排出配管１４を流れ、循環配管１１１に分流する。
循環配管１１１に流入した空気は、循環配管１１１を介して分岐配管１３に流入する。その一方で、残りの空気は、第１冷却用排出配管１４の循環用調整弁１１２を通過して、第１排出配管１２に流入する。
【００８０】
ここで、第１冷却用排出配管１４から循環配管１１１を介して分岐配管１３に流入する空気の流量は、循環用調整弁１１２により制御される。
【００８１】
上記の構成によれば、冷却部３から流出して第１冷却用排出配管１４に流入した空気の一部を、循環配管１１１を介して再び冷却部３に流入させることができ、さらに、循環配管１１１を介して冷却部３に循環させる空気の流量を制御することができる。
【００８２】
つまり、冷却部３、第１冷却用排出配管１４の一部、循環配管１１１、および、分岐配管１３の一部の順で空気が循環して流れる経路が形成される一方で、分岐配管１３から新たな空気が当該経路に供給されるとともに、第１冷却用排出配管１４から循環している空気の一部が当該経路から排出される。
【００８３】
そのため、第１供給配管１１に流入する空気の流量を増やすことなく、冷却部３を通過する空気の流量を増加させるとともに、冷却部３を通過する空気の温度を調節することができる。
【００８４】
循環用ブロア１１３が設けられているため、循環用ブロア１１３が設けられていない場合と比較して、冷却部３を通過する空気の流量、言い換えると、冷却部３、第１冷却用排出配管１４の一部、循環配管１１１、および、分岐配管１３の一部の順で空気が循環する経路における流量の制御性が高くなる。
【００８５】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図４を参照して説明する。
本実施形態のＳＯＦＣシステムの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、冷却部周辺における空気および燃料の流れが異なっている。よって、本実施形態においては、図４を用いて冷却部周辺の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図４は、本実施形態に係るＳＯＦＣシステムの構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００８６】
ＳＯＦＣシステム（固体酸化物形燃料電池）２０１の冷却部３には、図４に示すように、燃料供給部５から供給された燃料を供給する燃料分岐配管（分岐部）２２１が接続されているとともに、冷却後の燃料を第２排出配管２２に導く第２冷却用排出配管２２２が接続されている。
【００８７】
燃料分岐配管２２１は、一方の端部が第２供給配管２１に接続され、他方の端部が冷却部３に接続された配管である。
第２冷却用排出配管２２２は、一方の端部が冷却部３に接続され、他方の端部が第２排出配管２２におけるＳＯＦＣ発電室２と燃料予熱器２３に接続された配管である。
【００８８】
さらに、第２供給配管２１における燃料分岐配管２２１との接続部と、燃料予熱器２３との間には、冷却部３に流入する燃料の流量を制御する冷却用調整弁（冷却用調整部）２２３が設けられている。
【００８９】
なお、冷却用調整弁２２３としては、公知の流量調整弁を用いることができ、特に限定するものではない。
【００９０】
その一方で、第１供給配管１１を流れるガスタービン４から圧縮された空気と、第１排出配管１２を流れるＳＯＦＣ発電室２における発電に用いられた後の空気と、の間で熱交換を行う空気予熱器２１１が設けられている。
言い換えると、空気予熱器２１１は、発電に用いられた後の空気が有する熱を用いて、ＳＯＦＣ発電室２に供給される空気を予熱するものである。
【００９１】
次に、上記の構成からなるＳＯＦＣシステム２０１における発電方法について説明する。
まず、定常運転状態におけるＳＯＦＣシステム２０１の発電方法について説明する。
【００９２】
ＳＯＦＣシステム２０１において発電が行われる場合には、図４に示すように、ガスタービン４のコンプレッサ部４１により空気が圧縮され、圧縮された空気は第１供給配管１１を介してＳＯＦＣ発電室２に供給される。
このとき、空気予熱器２１１において、発電に用いられた後の空気の熱により、ＳＯＦＣ発電室２に供給される空気は予熱される。
【００９３】
その一方で、燃料供給部５から供給された燃料の一部は燃料分岐配管２２１に流入し、残りはそのまま第２供給配管２１を流れ、冷却用調整弁２２３を通過する。
冷却用調整弁２２３を通過した燃料は、燃料予熱器２３において、ＳＯＦＣ発電室２から流出した発電に用いられた後の燃料により予熱される。
予熱された燃料は、燃料予熱器２３から流出して第２供給配管２１を介してＳＯＦＣ発電室２に供給される。
【００９４】
ＳＯＦＣ発電室２における発電セルでは、供給された空気および燃料を用いて発電が行われ、発電を行う際に発電セルにおいて熱が発生する。
発電に用いられた後の空気、および、発電に用いられた後の燃料は、発電セルにおいて発生した熱より加熱され、高温の発電に用いられた後の空気、および、高温の発電に用いられた後の燃料となる。
【００９５】
発電に用いられた後の燃料は、ＳＯＦＣ発電室２から第２排出配管２２に流入し、燃料予熱器２３に流入する。燃料予熱器２３では、第２排出配管２２を流れる発電に用いられた後の燃料の熱を用いて、第２供給配管２１を流れる発電に用いられる燃料が予熱される。
【００９６】
燃料予熱器２３を通過した発電に用いられた後の燃料は、燃料再循環ブロア２５により燃焼器４２に向かって送出される。燃料再循環ブロア２５により送出された発電に用いられた後の燃料の一部は、燃料再循環流路２４を通って第２供給配管２１に流入する。
【００９７】
その一方で、発電に用いられた後の空気は、第１排出配管１２を介して空気予熱器２１１において、ＳＯＦＣ発電室２に供給される空気を予熱する。空気予熱器２１１から流出した発電に用いられた後の空気は、燃焼器４２に流入する。
【００９８】
ガスタービン４における作用については、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００９９】
一方で、第２供給配管２１から燃料分岐配管２２１に流入した燃料は、冷却部３の冷却流路３１に流入する。燃料は冷却流路３１を流れる間に、ＳＯＦＣ発電室２において発生した熱を吸収する。言い換えると、ＳＯＦＣ発電室２の冷却を行う。
ここで、燃料分岐配管２２１に流入する空気の流量は、冷却用調整弁２２３により制御されている。
【０１００】
冷却部３の冷却流路３１を通過した燃料は、第２冷却用排出配管２２２を介して、第２排出配管２２におけるＳＯＦＣ発電室２と燃料予熱器２３との間に流入する。第２排出配管２２に流入した燃料は、ＳＯＦＣ発電室２から流出した高温の発電に用いられた後の燃料と混合される。
【０１０１】
上記の構成によれば、燃料供給部５から供給され、第２供給配管２１を流れる燃料の少なくとも一部を冷却部３に供給することができ、さらに、燃料供給部５を流れる燃料の流量と関係なく、冷却部３に供給される燃料の流量を制御することができる。
そのため、冷却部３におけるＳＯＦＣ発電室２を冷却する能力をさらに向上させることができる。
【０１０２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明を上記の実施形態に適用したものに限られることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態、具体的には、第１の実施形態と第３の実施形態を組み合わせた実施形態や、第２の実施形態と第３の実施形態を組みあせた実施形態に適用してもよく、特に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＳＯＦＣシステムの構成を説明する模式図である。
【図２】図１の冷却部の構成を説明する斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＳＯＦＣシステムの構成を説明する模式図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るＳＯＦＣシステムの構成を説明する模式図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１，１０１，２０１  ＳＯＦＣシステム（固体酸化物形燃料電池）
２  ＳＯＦＣ発電室（発電室）
３  冷却部
１１  第１供給配管（空気供給部）
１２  第１排出配管（第１空気排出部）
１３  分岐配管（分岐部）
１４  第１冷却用排出配管（第２空気排出部）
１５  冷却用調整弁（冷却用調整部）
２１  第２供給配管（燃料供給部）
１１１  循環配管（循環部）
１１２  循環用調整弁（循環用調整部）
１１３  循環用ブロア
２２１  燃料分岐配管（分岐部）
２２２  第２冷却用排出配管
２２３  冷却用調整弁（冷却用調整部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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