(57)【要約】固体酸化物形燃料電池システム（１０）は、固体酸化物形燃料電池スタック（１２）及びガスタービン機関（１４）を備え、また、ガスタービン機関（１４）の圧縮機（２４）は、固体酸化物形燃料電池スタック（１２）のカソード（２２）に酸化剤を供給するようになされ、さらに、燃料供給源（３２）は、固体酸化物形燃料電池スタック（１２）のアノード（２０）に燃料を供給するようになされる。固体酸化物形燃料電池スタック（１２）のカソード（２２）からの未利用の酸化剤の一部は、固体酸化物形燃料電池スタック（１２）のカソード（２２）に戻される。固体酸化物形燃料電池スタック（１２）のアノード（２０）からの未利用の燃料の一部は、燃焼器（５２）に供給される。固体酸化物形燃料電池スタック（１２）のカソード（２２）からの未利用の酸化剤の一部は、燃焼器（５２）に供給され、燃焼器（５２）は、熱交換器（６６）の第一の入口（６８）に排ガスを供給するようになされる。熱交換器（６６）は、ガスタービン機関（１４）のタービン（２６）に、熱交換器（６６）の第一の出口（７２）からの排ガスの一部を供給するようになされる。圧縮機（２４）からの酸化剤の一部、及び固体酸化物形燃料電池スタック（１２）のカソード（２２）からの未利用の酸化剤は、熱交換器（６６）の第二の入口（７８）に供給されるようになされる。熱交換器（６６）は圧縮機（２４）からの酸化剤の一部と、固体酸化物形燃料電池スタック（１２）のカソード（２２）から固体酸化物形燃料電池スタック（１２）のカソード（２２）に戻る未利用の酸化剤を供給するようになされ、固体酸化物形燃料電池スタック（１２）のカソード（２２）に供給された酸化剤を予熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形燃料電池スタック、圧縮機、及び、タービンを備え、
前記固体酸化物形燃料電池スタックが、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池を備え、
固体酸化物形燃料電池が、電解質、アノード、及び、カソードを備え、
前記圧縮機が、酸化剤の少なくとも一部を、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードに供給するようになされ、
燃料供給源が、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のアノードに燃料を供給するようになされ、
前記固体酸化物形燃料電池スタックが、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードに戻して供給するようになされ、
前記固体酸化物形燃料電池スタックが、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のアノードから燃焼器に、未利用の燃料の一部を供給するようになされ、
酸化剤の供給が、酸化剤を燃焼器に供給するようになされ、
前記燃焼器が、燃焼器排ガスを熱交換器の第一の入口に供給するようになされ、
前記熱交換器が、熱交換器の第一の出口からの燃焼器排ガスの少なくとも一部を、前記タービンに供給するようになされ、
圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部、及び、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池からの前記未利用の酸化剤が、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードに供給される当該酸化剤の予熱のために、熱交換器の第二の入口に供給されるようになされ、
前記熱交換器が、圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部、及び、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池からの前記未利用の酸化剤を、熱交換器の第二の出口から少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードに供給するようになされる、
固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２】
燃焼器に酸化剤を供給するための前記酸化剤の供給が、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードから燃焼器への、未利用の酸化剤の一部の供給を含む、
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３】
前記圧縮機が、前記燃焼器に酸化剤の一部を供給するようになされ、
前記熱交換器が、熱交換器の第一の出口からの燃焼器排ガスの一部を、燃焼器に供給するようになされる、
請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項４】
前記圧縮機が、酸化剤の一部が燃焼器排ガスと共に熱交換器の第一の入口に流入するようにして、熱交換器の第一の入口に酸化剤の一部を供給するようになされ、
前記熱交換器が、熱交換器の第一の出口からの、燃焼器排ガスの一部、及び酸化剤の一部のうちの更なる一部を、熱交換器に供給するようになされる、
請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項５】
第一のダクトが、熱交換器の第一の出口を燃焼器に接続し、
第二のダクトが、燃焼器を熱交換器の第一の入口に接続する、
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項６】
前記圧縮機が、酸化剤の一部が燃焼器に供給されるように、前記第一のダクトに酸化剤の一部を供給するようになされ、
前記固体酸化物形燃料電池スタックが、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、燃焼器に供給するようになされる、
請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項７】
前記圧縮機が、酸化剤の一部が燃焼器に供給されるように、前記第一のダクトに酸化剤の一部を供給するようになされ、
前記固体酸化物形燃料電池スタックが、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、前記第二のダクトに供給するようになされる、
請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項８】
前記圧縮機が、酸化剤の一部を前記第二のダクトに供給するようになされ、
前記固体酸化物形燃料電池スタックが、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、第二のダクトに供給するようになされる、
請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項９】
第一のダクトが、熱交換器の第一の出口を、熱交換器の第一の入口に接続する、
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１０】
前記圧縮機が、酸化剤の一部が熱交換器に供給されるように、前記第一のダクトに酸化剤の一部を供給するようになされ、
前記固体酸化物形燃料電池スタックが、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、燃焼器に供給するようになされ、
前記燃焼器は、燃焼器排ガスを第一のダクトに供給するようになされる、
請求項９に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１１】
前記圧縮機が、酸化剤の一部を燃焼器に供給するようになされ、
前記固体酸化物形燃料電池スタックが、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、熱交換器の第一の入口に供給するようになされ、
前記熱交換器は、熱交換器の第一の出口から燃焼器に、燃焼器排ガスの一部、及び未利用の酸化剤の一部のうちの更なる一部を供給するようになされる、
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１２】
前記圧縮機が、熱交換器の第一の入口に酸化剤の一部を燃焼器排ガスと共に供給するようになされ、
前記固体酸化物形燃料電池スタックが、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、燃焼器排ガス及び圧縮機からの前記酸化剤の一部と共に、熱交換器の第一の入口に供給するようになされ、
前記熱交換器は、燃焼器排ガスの一部、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部のうちの更なる一部、及び、圧縮機からの酸化剤の一部のうちの更なる一部を、熱交換器の第一の出口から燃焼器に供給するようになされる、
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１３】
燃焼器に酸化剤を供給するための前記酸化剤の供給が、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードから燃焼器への、未利用の酸化剤の一部の供給を含み、
前記圧縮機が、酸化剤の一部を燃焼器に供給するようになされ、
前記熱交換器が、熱交換器の第一の出口からの燃焼器排ガスの一部を、燃焼器に供給するようになされる、
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１４】
前記圧縮機が、酸化剤の一部を混合器に供給するようになされ、
前記熱交換器の第一の出口が、燃焼器排ガスの一部を混合器に供給するようになされ、
当該混合器が、酸化剤の前記一部及び排ガスの前記一部を燃焼器に供給するようになされる、
請求項１３に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１５】
燃焼器に酸化剤を供給するための前記酸化剤の供給が、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードから燃焼器への、未利用の酸化剤の一部の供給を含み、
前記圧縮機が、酸化剤の一部が燃焼器排ガスと共に熱交換器の第一の入口に流入するように、酸化剤の一部を熱交換器の第一の入口に供給するようになされ、
前記熱交換器が、熱交換器の第一の出口からの、燃焼器排ガスの一部、及び酸化剤の一部のうちの更なる一部を、熱交換器の第一の入口に供給するようになされる、
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１６】
前記圧縮機が、酸化剤の一部を混合器に供給するようになされ、
前記熱交換器の第一の出口が、燃焼器排ガスの一部及び酸化剤の一部のうちの更なる一部を混合器に供給するようになされ、
当該混合器が、圧縮機からの酸化剤の前記一部、熱交換器の第一の出口からの燃焼器排ガスの前記一部及び酸化剤の一部のうちの前記更なる一部を、熱交換器の第一の入口に供給するようになされる、
請求項１５に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１７】
燃焼器に酸化剤を供給するための前記酸化剤の供給が、圧縮機が酸化剤の一部を燃焼器に供給するようになされて、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードから熱交換器の第一の入口への未利用の酸化剤の一部の供給を含み、
前記熱交換器が、燃焼器排ガスの一部、及び少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部のうちの更なる一部を、熱交換器の第一の出口から燃焼器に供給するようになされる、
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１８】
前記圧縮機が、酸化剤の一部を混合器に供給するようになされ、
前記熱交換器の第一の出口が、燃焼器排ガスの一部、及び少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部のうちの更なる一部を、混合器に供給するようになされ、
当該混合器が、熱交換器の第一の出口からの、燃焼器排ガスの前記一部、及び少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部のうちの前記更なる一部を、燃焼器に供給するようになされる、
請求項１７に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１９】
燃焼器に酸化剤を供給するための前記酸化剤の供給には、酸化剤の一部を熱交換器の第一の入口に供給するようになされた圧縮機を含み、
前記熱交換器の第一の出口が、圧縮機からの酸化剤の一部を燃焼器に供給するようになされ、
前記燃焼器が、燃焼器排ガスを熱交換器の第一の入口に供給するようになされる、
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２０】
前記圧縮機が、酸化剤の一部を混合器に供給するようになされ、
前記燃焼器が、燃焼器排ガスを混合器に供給するようになされ、
当該混合器が、圧縮機からの酸化剤の前記一部、及び燃焼器からの前記燃焼器排ガスを、熱交換器の第一の入口に供給するようになされ、
前記熱交換器の第一の出口が、燃焼器排ガスの一部、及び熱交換器の第一の出口からの酸化剤の一部のうちの更なる一部を、燃焼器に供給するようになされる、
請求項１９に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２１】
少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードから、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードへ戻すような未利用の酸化剤の一部の供給には、前記未利用の酸化剤と圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部とを混合する手段を含む、
請求項１ないし２０のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２２】
前記未利用の酸化剤と圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部を混合する手段として、ファン、ポンプ、ブロワ、エゼクタ、又はターボ機械を備える、
請求項２１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２３】
圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部と熱交換器の第一の出口からの前記燃焼器排ガスとを混合する手段を備える、
請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２４】
圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部と熱交換器の第一の出口からの前記燃焼器排ガスとを混合する手段として、ファン、ポンプ、ブロワ、エゼクタ、又はターボ機械を備える、
請求項２３に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２５】
圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部、燃焼器排ガスの前記一部、及び熱交換器の第一の出口から熱交換器までの酸化剤の一部のうちの更なる一部を混合する手段を備える、
請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２６】
圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部、燃焼器排ガスの前記一部、及び酸化剤の一部のうちの更なる一部を混合する手段として、ファン、ポンプ、ブロワ、エゼクタ、又はターボ機械を備える、
請求項２５に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２７】
圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部、熱交換器の第一の出口からの燃焼器排ガスの前記一部及び未利用の酸化剤の一部のうちの更なる一部を混合する手段を備える、
請求項１１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２８】
圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部、燃焼器排ガスの前記一部、及び未利用の酸化剤の一部の前記更なる一部を混合する手段として、ファン、ポンプ、ブロワ、エゼクタ、又はターボ機械を備える、
請求項２７に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２９】
前記燃焼器排ガスと圧縮機からの酸化剤の前記一部とを混合する手段を備える、
請求項１２に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３０】
燃焼器排ガスと圧縮機からの酸化剤の前記一部とを混合する手段として、ファン、ポンプ、ブロワ、エゼクタ、又はターボ機械を備える、
請求項２９に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３１】
前記固体酸化物形燃料電池スタックは、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のアノードからの未利用の燃料の一部を、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のアノードに戻して供給するようになされている、
請求項１ないし３０のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３２】
少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のアノードから、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のアノードに、未利用の燃料の一部を戻す供給には、未利用の燃料と燃料供給源からの燃料とを混合する手段を含む、
請求項３１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３３】
前記未利用の燃料と燃料供給源からの前記燃料とを混合する手段として、ファン、ポンプ、ブロワ、エゼクタ、又はターボ機械を備える、
請求項３２に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３４】
前記圧縮機が、ガスタービン機関の圧縮機であり、
前記タービンが、ガスタービン機関のタービンであり、且つタービンは、圧縮機を駆動するようになされる、
請求項１ないし３３のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３５】
前記圧縮機が、第二のダクトに、酸化剤の一部を供給するようになされ、
前記固体酸化物形燃料電池スタックが、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードから燃焼器に、未利用の酸化剤の一部を供給するようになされる、
請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３６】
前記燃料電池スタックが、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、燃焼器に供給するようになされる、
請求項２０に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３７】
固体酸化物形燃料電池システムを動かす方法であって、
前記固体酸化物形燃料電池システムが、固体酸化物形燃料電池スタック、圧縮機及びタービンを備え、前記固体酸化物形燃料電池スタックが、少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池を備え、固体酸化物形燃料電池は電解質、アノード及びカソードを備えるものであり、
前記方法は、
酸化剤の少なくとも一部を、圧縮機から少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池のカソードに供給すること、
少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池のアノードに燃料を供給すること、
少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池のカソードに戻して供給すること、
少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池のアノードから燃焼器に未利用の燃料の一部を供給すること、
燃焼器に酸化剤を供給すること、
熱交換器の第一の入口に燃焼器排ガスを供給すること、
熱交換器の第一の出口からの燃焼器排ガスの少なくとも一部をタービンに供給すること、
圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部、及び少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの前記未利用の酸化剤を、少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池のカソードに供給される当該酸化剤の予熱のために、熱交換器の第二の入口に供給すること、
圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部、及び少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの前記未利用の酸化剤を、熱交換器の第二の出口から少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードに供給すること、
を含む、固体酸化物形燃料電池システムを動かす方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温燃料電池システム、特に固体酸化物形燃料電池システムに関するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
既知の固体酸化物形燃料電池システムに関する問題は、固体酸化物形燃料電池が必要な作業温度になるよう、十分な温度上昇を行うために、新鮮な酸化剤を含有する燃焼器（コンバスター）の排ガスが、固体酸化物形燃料電池のカソードに供給されているということである。しかしながら、固体酸化物形燃料電池のカソードに供給された燃焼器排ガス中に存在する燃焼生成物の一部、例えば、水蒸気、は、固体酸化物形燃料電池の性能及び耐久性にとって有害であることが見出されている。
従って、本発明は、上記の問題を軽減し、望ましくは克服するため、新たな固体酸化物形燃料電池システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
かくして、本発明は、固体酸化物形燃料電池スタック、圧縮機及びタービンを備える固体酸化物形燃料電池システムであって、前記固体酸化物形燃料電池スタックは、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池を備え、各固体酸化物形燃料電池は、電解質、アノード及びカソードを備え、前記圧縮機は、酸化剤の少なくとも一部を、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードに供給するようになされ、燃料供給源が、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のアノードに燃料を供給するようになされ、前記固体酸化物形燃料電池スタックは、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードに戻して供給するようになされ、前記固体酸化物形燃料電池スタックは、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のアノードからの未利用の燃料の一部を、燃焼器に供給するようになされ、酸化剤の供給が、酸化剤を燃焼器に供給するようになされ、前記燃焼器は、燃焼器排ガスを熱交換器の第一の入口に供給するようになされ、前記熱交換器は、燃焼器排ガスの少なくとも一部を、熱交換器の第一の出口からタービンに供給するようになされ、圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部、及び少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池からの前記未利用の酸化剤は、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードに供給されるこれらの酸化剤の予熱のために、熱交換器の第二の入口に供給されるようになされ、前記熱交換器は、圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部、及び少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの前記未利用の酸化剤を、熱交換器の第二の出口から少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードに供給するようになされている、固体酸化物形燃料電池システム、を提供するものである。
【０００４】
燃焼器に酸化剤を供給するための前記酸化剤の供給は、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードから燃焼器への、未利用の酸化剤の一部の供給を含み得る。
【０００５】
前記圧縮機は、燃焼器に酸化剤の一部を供給するようになされ得る。また、熱交換器は、熱交換器の第一の出口からの燃焼器排ガスの一部を、燃焼器に供給するようになされる。
【０００６】
前記圧縮機は、酸化剤の一部が燃焼器排ガスと共に熱交換器の第一の入口に流入するように、酸化剤の一部を熱交換器の第一の入口に供給するようになされる。加えて、前記熱交換器は、燃焼器排ガスの一部、及び熱交換器の第一の出口からの酸化剤の一部のうちの更なる一部を、熱交換器に供給するようになされる。
【０００７】
第一のダクトが、熱交換器の第一の出口を燃焼器に接続し得る。加えて、第二のダクトが、燃焼器を熱交換器の第一の入口に接続し得る。
前記圧縮機は、酸化剤の一部が燃焼器に供給されるように、前記第一のダクトに酸化剤の一部を供給するようになされ得ると共に、前記固体酸化物形燃料電池スタックは、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、燃焼器に供給するようになされる。
前記圧縮機は、酸化剤の一部が燃焼器に供給されるように、酸化剤の一部を前記第一のダクトに供給するようになされ得ると共に、前記固体酸化物形燃料電池スタックは、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、前記第二のダクトに供給するようになされる。
前記圧縮機は、酸化剤の一部を前記第二のダクトに供給するようになされ得ると共に、前記固体酸化物形燃料電池スタックは、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、第二のダクトに供給するようになされる。
前記圧縮機は、第二のダクトに、酸化剤の一部を供給するようになされ得ると共に、前記固体酸化物形燃料電池スタックは、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、燃焼器に供給するようになされる。
【０００８】
第一のダクトは、熱交換器の第一の出口を、熱交換器の第一の入口に接続し得る。
前記圧縮機は、酸化剤の一部が熱交換器に供給されるように、前記第一のダクトに酸化剤の一部を供給するようになされ得る。加えて、前記固体酸化物形燃料電池スタックは、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードから燃焼器に未利用の酸化剤の一部を供給するようになされ、また前記燃焼器は、第一のダクトに燃焼器排ガスを供給するようになされる。
【０００９】
前記圧縮機は、酸化剤の一部を燃焼器に供給するようになされ得る。加えて、前記固体酸化物形燃料電池スタックは、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、熱交換器の第一の入口に供給するようになされ、また前記熱交換器は、燃焼器排ガスの一部、及び未利用の酸化剤の一部のうちの更なる一部を、熱交換器の第一の出口から燃焼器に供給するようになされる。
【００１０】
前記圧縮機は、熱交換器の第一の入口に酸化剤の一部を燃焼器排ガスと共に供給するようになされ得る。加えて、前記固体酸化物形燃料電池スタックは、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、燃焼器排ガス及び圧縮機からの酸化剤の一部と共に、熱交換器の第一の入口に供給するようになされ、また前記熱交換器は、燃焼器排ガスの一部、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部のうちの更なる一部、及び圧縮機からの酸化剤の一部のうちの更なる一部を、熱交換器の第一の出口から燃焼器に供給するようになされる。
【００１１】
燃焼器に酸化剤を供給するための前記酸化剤の供給は、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードから燃焼器への、未利用の酸化剤の一部の供給を含み得る。加えて、前記圧縮機は酸化剤の一部を燃焼器に供給するようになされ、また前記熱交換器は、熱交換器の第一の出口からの燃焼器排ガスの一部を燃焼器に供給するようになされる。
前記圧縮機は、酸化剤の一部を混合器に供給するようになされ得る。加えて、前記熱交換器の第一の出口は、燃焼器排ガスの一部を混合器に供給するようになされ、また前記混合器は、酸化剤の前記一部及び排ガスの前記一部を燃焼器に供給するようになされる。
【００１２】
燃焼器に酸化剤を供給するための前記酸化剤の供給は、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードから燃焼器への、未利用の酸化剤の一部の供給を含み得る。加えて、前記圧縮機は、酸化剤の一部が燃焼器排ガスと共に熱交換器の第一の入口に流入するように、熱交換器の第一の入口に酸化剤の一部を供給するようになされ、また前記熱交換器は、燃焼器排ガスの一部、及び酸化剤の一部のうちの更なる一部を、熱交換器の第一の出口から、熱交換器の第一の入口に供給するようになされる。
前記圧縮機は、酸化剤の一部を混合器に供給するようになされ得る。加えて、前記熱交換器の第一の出口は、燃焼器排ガスの一部及び酸化剤の一部のうちの更なる一部を混合器に供給するようになされ、またこの混合器は、圧縮機からの酸化剤の前記一部、熱交換器の第一の出口からの燃焼器排ガスの前記一部、及び酸化剤の一部のうちの前記更なる一部を、熱交換器の第一の入口に供給するようになされる。
【００１３】
燃焼器に酸化剤を供給するための前記酸化剤の供給が、圧縮機が酸化剤の一部を燃焼器に供給するようになされて、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードから熱交換器の第一の入口への未利用の酸化剤の一部の供給を含む。加えて、前記熱交換器は、燃焼器排ガスの一部、及び少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部のうちの更なる一部を、熱交換器の第一の出口から燃焼器に供給するようになされる。
前記圧縮機は、酸化剤の一部を混合器に供給するようになされ得る。前記熱交換器の第一の出口は、燃焼器排ガスの一部、及び少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部のうちの更なる一部を、混合器に供給するようになされる。この混合器は、燃焼器排ガスの前記一部、及び少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部のうちの前記更なる一部を、熱交換器の第一の出口から、燃焼器に供給するようになされる。
【００１４】
燃焼器に酸化剤を供給するための前記酸化剤の供給は、圧縮機が酸化剤の一部を熱交換器の第一の入口に供給するのを含む。前記熱交換器の第一の出口は、酸化剤の一部を圧縮機から燃焼器に供給するようになされる。前記燃焼器は燃焼器排ガスを熱交換器の第一の入口に供給するようになされる。
前記圧縮機は、酸化剤の一部を混合器に供給するようになされ得る。前記燃焼器は燃焼器排ガスを混合器に供給するようになされる。この混合器は、圧縮機からの酸化剤の前記一部、及び燃焼器からの燃焼器排ガスを、熱交換器の第一の入口に供給するようになされる。熱交換器の第一の出口は、燃焼器排ガスの一部、及び熱交換器の第一の出口からの酸化剤の一部のうちの更なる一部を、燃焼器に供給するようになされる。
前記燃料電池スタックは、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、燃焼器に供給するようになされ得る。
【００１５】
少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードから、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードへ戻すような未利用の酸化剤の一部の供給には、未利用の酸化剤と圧縮機からの酸化剤の少なくとも一部とを混合する手段を含み得る。
未利用の酸化剤と圧縮機からの酸化剤の少なくとも一部とを混合する手段としては、ファン、ポンプ、ブロワ、エゼクタ、又はターボ機械を備えるようにしてよい。
【００１６】
圧縮機からの酸化剤の少なくとも一部と熱交換器の第一の出口からの燃焼器排ガスとを混合する手段が存在し得る。
圧縮機からの酸化剤の少なくとも一部と燃焼器排ガスとを混合する手段としては、ファン、ポンプ、ブロワ、エゼクタ、又はターボ機械を備えるようにしてよい。
【００１７】
圧縮機からの酸化剤の少なくとも一部、燃焼器排ガスの一部、及び熱交換器の第一の出口から熱交換器への酸化剤の一部のうちの更なる一部を混合する手段が存在し得る。
圧縮機からの酸化剤の少なくとも一部、燃焼器排ガスの一部、及び酸化剤の一部のうちの更なる一部を混合する手段としては、ファン、ポンプ、ブロワ、エゼクタ、又はターボ機械を備えるようにしてよい。
【００１８】
圧縮機からの酸化剤の少なくとも一部、燃焼器排ガスの一部、及び熱交換器の第一の出口からの未利用の酸化剤の一部のうちの更なる一部を混合する手段が存在し得る。
圧縮機からの酸化剤の少なくとも一部、燃焼器排ガスの一部、及び未利用の酸化剤の一部のうちの更なる一部を混合する手段としては、ファン、ポンプ、ブロワ、エゼクタ、又はターボ機械を備えるようにしてよい。
【００１９】
燃焼器排ガスと圧縮機からの酸化剤の一部を混合する手段が存在し得る。
燃焼器排ガスと圧縮機からの酸化剤の一部とを混合する手段としては、ファン、ポンプ、ブロワ、エゼクタ、又はターボ機械を備えるようにしてよい。
【００２０】
前記固体酸化物形燃料電池スタックは、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のアノードからの未利用の燃料の一部を、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のアノードに、戻して供給するようになされ得る。
少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のアノードから、未利用の燃料の一部を、少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のアノードに戻す供給には、未利用の燃料と燃料供給源からの燃料とを混合する手段が含まれ得る。
未利用の燃料と燃料供給源からの燃料とを混合する手段としては、ファン、ポンプ、ブロワ、エゼクタ、又はターボ機械を備えるようにしてよい。
【００２１】
前記圧縮機は、ガスタービン機関の圧縮機であってよく、また前記タービンは、ガスタービン機関のタービンであり、タービンは圧縮機を駆動するようになされる。
【００２２】
前記タービンは、発電機を駆動するようになされ得る。
【００２３】
本発明は、さらに、固体酸化物形燃料電池システムを動かす方法であって、前記固体酸化物形燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池スタック、圧縮機及びタービンを備え、前記固体酸化物形燃料電池スタックは、少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池を備え、固体酸化物形燃料電池は、電解質、アノード及びカソードを備えるものである方法を提供する。
この方法には、酸化剤の少なくとも一部を、圧縮機から少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池のカソードに供給すること、少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池のアノードに燃料を供給すること、少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの未利用の酸化剤の一部を、少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池のカソードに戻して供給すること、少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池のアノードから燃焼器に未利用の燃料の一部を供給すること、燃焼器に酸化剤を供給すること、熱交換器の第一の入口に燃焼器排ガスを供給すること、熱交換器の第一の出口から燃焼器排ガスの少なくとも一部をタービンに供給すること、圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部及び少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの前記未利用の酸化剤を、少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池のカソードに供給されるこれら酸化剤の予熱のために、熱交換器の第二の入口に供給すること、圧縮機からの酸化剤の前記少なくとも一部、及び少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードからの前記未利用の酸化剤を、熱交換器の第二の出口から少なくとも一つの固体酸化物形燃料電池のカソードに供給すること、が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明は、添付図面に沿った例として、より詳細に記述され得る。
【図１】図１は、本発明による第一例の固体酸化物形燃料電池システムを示す図である。
【図２】図２は、本発明による第二例の固体酸化物形燃料電池システムを示す図である。
【図３】図３は、本発明による第三例の固体酸化物形燃料電池システムを示す図である。
【図４】図４は、本発明による第四例の固体酸化物形燃料電池システムを示す図である。
【図５】図５は、本発明による第五例の固体酸化物形燃料電池システムを示す図である。
【図６】図６は、本発明による第六例の固体酸化物形燃料電池システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明による固体酸化物形燃料電池システム１０を、図１に示す。この固体酸化物形燃料電池システム１０は、固体酸化物形燃料電池スタック１２及びガスタービン機関１４を備える。固体酸化物形燃料電池スタック１２は、複数の固体酸化物形燃料電池１６を備え、また、固体酸化物形燃料電池１６は、それぞれ電解質１８、アノード２０及びカソード２２を備える。アノード２０及びカソード２２は、電解質１８の対向する各表面に配置される。
【００２６】
ガスタービン機関１４は、圧縮機２４及びタービン２６を備える。また、タービン２６は、軸２８を介して圧縮機２４を駆動するようになされる。ガスタービン機関１４のタービン２６は、さらに軸２９を介して発電機２７も駆動するようになされる。
【００２７】
固体酸化物形燃料電池１６のアノード２０には、燃料、例えば水素、が燃料マニホールド３０によって供給される。加えて、燃料供給源３２、例えば水素の、がダクト３４を通じて燃料マニホールド３０に燃料を供給するようになされている。カソード２２には、酸化剤、例えば酸素、空気など、が酸化剤マニホールド３６によって供給され、また、酸化剤供給源３８は、ダクト４０を通じて酸化剤マニホールド３６に酸化剤を供給するようになされている。圧縮機２４は、ダクト４０中に介設され、酸化剤マニホールド３６への酸化剤供給圧力を増大させる。
【００２８】
アノード２０には、未利用燃料収集マニホールド４２が備えられており、それに未利用の燃料が排出される。未利用燃料収集マニホールド４２は、未利用の燃料の一部が燃料マニホールド３０に供給され、再循環されるように、ダクト４４及びダクト４６を介してダクト３４に接続される。
燃料エゼクタ４８は、未利用の燃料収集マニホールド４２から燃料マニホールド３０への未利用の燃料の供給及び再循環を誘発するように設けられる。ダクト４４、４６及び燃料エゼクタ４８は、固体酸化物形燃料電池１６のアノード２０からの未利用の燃料を、固体酸化物形燃料電池１６のアノード２０に戻し供給し、再循環させる手段５０を形成している。
燃料エゼクタ４８は、未利用の燃料を加圧し、その未利用の燃料と、燃料ダクト３４を通して燃料供給源３２によって燃料マニホールド３０に供給された燃料を混合する。燃料供給源３２からの燃料のみが、燃料供給源３２と燃料エゼクタ４８の間のダクト３４の第一部分３４Ａに流入する。燃料供給源３２からの燃料及び燃料エゼクタ４８によって混合された後の固体酸化物形燃料電池１６のアノード２０からの未利用の燃料の一部は、ダクト３４の第二部分３４Ｂを通して燃料マニホールド３０に供給される。
【００２９】
未利用燃料収集マニホールド４２は、未利用燃料の第二部分が燃焼器５２に供給されるように、ダクト４４及びさらなるダクト５４を通じて燃焼器５２にも接続される。
【００３０】
カソード２２は、未利用の酸化剤を放出する未利用酸化剤収集マニホールド５６を備える。未利用酸化剤収集マニホールド５６は、未利用の酸化剤の一部が酸化剤マニホールド３６に供給され、再循環されるように、ダクト５８を通じてダクト４０に接続される。酸化剤エゼクタ６０は、未利用酸化剤収集マニホールド５６から酸化剤マニホールド３６への未利用の酸化剤の供給及び再循環を誘発するように設けられる。
ダクト４０とダクト５８、及び酸化剤エゼクタ６０は、固体酸化物形燃料電池１６のカソード２２から固体酸化物形燃料電池１６のカソード２２に未利用の酸化剤を戻し供給し、再循環する手段６１を形成する。酸化剤エゼクタ６０は、未利用の酸化剤を加圧すると共に、この未利用の酸化剤と、圧縮機２４によってダクト４０を通って酸化剤マニホールド３６に供給される酸化剤とを混合する。
【００３１】
未利用酸化剤収集マニホールド５６は、未利用酸化剤の第二部分が燃焼器５２に供給されるように、ダクト５８及びさらなるダクト６２を通じて燃焼器５２に接続される。
【００３２】
燃焼器５２に供給された未利用燃料の前記第二部分は、燃焼器５２に供給された未利用酸化剤の前記第二部分で燃焼され、高温の排ガスを生成する。燃焼器５２で生成された高温の排ガスは、ダクト６４を通して熱交換器６６に流れるようになされる。高温の排ガスは、熱交換器６６の第一の入口６８に供給され、熱交換器６６内の第一の流路７０を通して熱交換器６６の第一の出口７２に流入する。その後、高温の排ガスは、熱交換器６６の第一の出口７２からタービン２６にダクト７３を通して供給される。高温の排ガスはタービン２６を駆動し、その後、高温の排ガスはダクト７４を通って流れ、排気部７６を通じて排出される。タービン２６の下流側のダクト７４中に熱回収装置を設けることも可能である。
【００３３】
酸化剤エゼクタ６０によって混合された後の、圧縮機２４からの酸化剤及び固体酸化物形燃料電池１６のカソード２２からの未利用の酸化剤の一部は、ダクト４０の第二部分４０Ｂを通して熱交換器６６の第二の入口７８に供給され、熱交換器６６内の第二の流路８０を通って熱交換器６６の第二の出口８２に流れる。次いで、圧縮機２４からの酸化剤及び固体酸化物形燃料電池１６のカソード２２からの未利用の酸化剤の一部は、熱交換器６６の第二の出口８２から酸化剤マニホールド３６にダクト４０の第三部分４０Ｃを通じて供給される。圧縮機２４からの酸化剤のみが、圧縮機２４と酸化剤エゼクタ６０の間のダクト４０の第一部分４０Ａを流れる。
【００３４】
かくして、熱交換器６６内の第一の流路７０を通って流れる燃焼器５２からの高温の排ガスは、酸化剤供給源３８からの酸化剤及びカソード２２から熱交換器６６内の第二の流路８０を通ってカソード２２に流れる未利用の酸化剤を加熱する。
【００３５】
本発明の利点は、固体酸化物形燃料電池に供給された酸化剤と未利用の酸化剤とが熱交換器を使用して間接的に熱せられることで、固体酸化物形燃料電池から固体酸化物形燃料電池のカソードに戻って固体酸化物形燃料電池に有害な影響を及ぼすような燃焼生成物、例えば、水蒸気、の供給がないということである。
【００３６】
本発明の固体酸化物形燃料電池システムは、先行技術の堅牢性、操作性及び経済性を維持しながら、固体酸化物形燃料電池スタックはより良性の環境で作動する。この固体酸化物形燃料電池スタックの可使用時間は、固体酸化物形燃料電池スタックからの水蒸気供給の排除により改善されている。
【００３７】
ダクトは、固体酸化物形燃料電池システムの一の構成要素から他の構成要素に燃料、酸化剤などを送給する、簡略な管又は別の装置である。酸化剤エゼクタは、ファン、ブロワ、ポンプ、又はターボ機械に置換え可能である。燃料エゼクタは、ファン、ブロワ、ポンプ、又はターボ機械に置換え可能である。
【００３８】
本発明による別の固体酸化物形燃料電池システム１１０を図２に示す。この固体酸化物形燃料電池システム１１０は、固体酸化物形燃料電池スタック１２及びガスタービン機関１４を備える。固体酸化物形燃料電池システム１１０は、図１に示される固体酸化物形燃料電池システム１０と本質的に同じであり、同様の構成部分は同様の符号で示される。
【００３９】
固体酸化物形燃料電池システム１１０は、圧縮機２４が燃焼器５２に酸化剤の一部を供給するようになされている点と、熱交換器６６が、燃焼器５２の排ガスの一部を熱交換器６６の第一の出口７２から燃焼器５２に供給するようになされている点で、前記固体酸化物形燃料電池システム１０とは異なる。より詳細には、ダクト４０の第一部分４０Ａを通って流れる圧縮機２４からの酸化剤の一部は、ダクト１１２に供給される。ダクト１１２は、酸化剤の前記一部をエゼクタ１１４の第一の入口に供給する。熱交換器６６の第一の出口７２から出る燃焼器５２排ガスの一部は、ダクト１１６を通ってエゼクタ１１４の第二の入口に供給される。エゼクタ１１４の出口は、圧縮機２４からの酸化剤の前記一部、及び熱交換器６６の第一の出口７２からの排ガスの前記一部を、ダクト１１８を通して燃焼器５２に供給するようになされている。ダクト１１８は、圧縮機２４からの酸化剤の前記一部、及び熱交換器６６の第一の出口７２からの排ガスの前記一部を、ダクト６２内の未利用の酸化剤と共に燃焼器５２に供給するようになされ得る。
この装置は、ダクト４０の第二部分４０Ｂ中の低温の酸化剤への伝熱を減少させることなく、例えば、熱交換器６６への入口や燃焼器５２の出口における温度を下げる。エゼクタ１１４は、圧縮機２４によって供給される酸化剤の一部を使用して、燃焼器５２からの排ガスを燃焼器５２に戻して循環利用する手段として使用される。
【００４０】
本発明による更なる固体酸化物形燃料電池システム２１０を、図３に示す。この固体酸化物形燃料電池システム２１０は、固体酸化物形燃料電池スタック１２及びガスタービン機関１４を備える。固体酸化物形燃料電池システム２１０は、図１に示される固体酸化物形燃料電池システムと本質的に同じであり、同様の構成部分は同様の符号で示される。
【００４１】
固体酸化物形燃料電池システム２１０は、酸化剤の一部が燃焼器５２排ガスと共に熱交換器６６の第一の入口６８に流入するように、圧縮機２４が酸化剤の一部を熱交換器６６の第一の入口６８に供給するようになされる点、及び、熱交換器６６が、熱交換器６６の第一の出口７２からの、燃焼器５２の排ガスの一部、及び酸化剤の一部のうちの更なる一部を、熱交換器６６の第一の入口６８に供給するようになされる点で、前記固体酸化物形燃料電池システム１０とは異なる。
【００４２】
より詳細には、圧縮機２４からのダクト４０の第一部分４０Ａを通って流れる酸化剤の一部は、ダクト２１２に供給される。ダクト２１２は、エゼクタ２１４の第一の入口に酸化剤の前記一部を供給する。熱交換器６６の第一の出口７２から出る燃焼器５２排ガスの一部は、ダクト２１６を通してエゼクタ２１４の第二の入口に供給される。エゼクタ２１４の出口は、圧縮機２４からの酸化剤の前記一部及び熱交換器６６の第一の出口７２からダクト２１８を通る熱交換器６６から第一の入口６８までの排ガスの前記一部を供給するようになされている。ダクト２１８は、圧縮機２４からの酸化剤の前記一部、及び熱交換器６６の第一の出口７２からの前記排ガスを、燃焼器５２と熱交換器６６の第一の入口６８の間のダクト６４に供給するようになされている。
この装置もまた、熱交換器６６への入口及び燃焼器５２の出口における温度を低下させる。エゼクタ２１４は、圧縮機２４によって供給される酸化剤の一部を使用して、燃焼器５２から熱交換器６６に排ガスを戻して循環利用する手段として使用される。
【００４３】
本発明による別の固体酸化物形燃料電池システム３１０を図４に示す。この固体酸化物形燃料電池システム３１０は、固体酸化物形燃料電池スタック１２及びガスタービン機関１４を備える。固体酸化物形燃料電池システム３１０は、図１に示される固体酸化物形燃料電池システム１０と本質的に同じであり、同様の構成部分は同様の符号で示される。
【００４４】
固体酸化物形燃料電池システム３１０は、圧縮機２４が燃焼器５２に酸化剤の一部を供給するようになされ、また、熱交換器６６が、熱交換器６６の第一の出口７２からの燃焼器５２排ガスの一部を燃焼器５２に供給するようになされている点で、前記固体酸化物形燃料電池システム１０とは異なる。より詳細には、圧縮機２４からダクト４０の第一部分４０Ａを通って流れる酸化剤の一部は、ダクト３１２に供給される。ダクト３１２は、エゼクタ３１４の第一の入口にこの酸化剤の一部を供給する。熱交換器６６の第一の出口７２から出る燃焼器５２排ガスの一部は、ダクト３１６を通ってエゼクタ３１４の第二の入口に供給される。エゼクタ３１４の出口は、圧縮機２４からの酸化剤の前記一部、及び熱交換器６６の第一の出口７２からの排ガスの前記一部を、ダクト３１８を通して燃焼器５２に供給するようになされている。
さらに、固体酸化物形燃料電池システム３１０は、未利用酸化剤収集マニホールド５６が燃焼器５２に未利用の酸化剤の第二部分を供給するために燃焼器５２に直接接続されていない点でも異なっている。固体酸化物形燃料電池システム３１０では、未利用酸化剤収集マニホールド５６は、熱交換器６６の第一の入口６８に未利用の酸化剤の第二部分を供給するようになされており、この未利用の酸化剤の第二部分は、ダクト５８及びダクト３２０を通って、燃焼器５２と熱交換器６６の第一の入口６８の間のダクト６４に供給される。この装置もまた、熱交換器６６への入口及び燃焼器５２の出口における温度を低下させる。エゼクタ３１４は、圧縮機２４によって供給される酸化剤の一部を使用して、燃焼器５２からの排ガスを燃焼器５２に戻して循環利用するための手段として使用される。
【００４５】
固体酸化物形燃料電池システム３１０は、エゼクタ３１４からの酸化剤が燃焼器５２に直接供給され、未利用の酸化剤が燃焼器５２をバイパスすることで、燃焼器５２での燃焼炎の安定性の制御と、燃焼器５２温度の制御における利点を有する。
【００４６】
本発明による更なる固体酸化物形燃料電池システム４１０を、図５に示す。この固体酸化物形燃料電池システム４１０は、固体酸化物形燃料電池スタック１２及びガスタービン機関１４を備える。固体酸化物形燃料電池システム４１０は、図１に示される固体酸化物形燃料電池システム１０と本質的に同じであり、同様の構成部分は同様の符号で示される。
【００４７】
固体酸化物形燃料電池システム４１０は、圧縮機２４が、酸化剤の一部を熱交換器６６の第一の入口６８に供給するようになされ、熱交換器６６が、燃焼器５２排ガスの一部を、熱交換器６６の第一の出口７２から燃焼器５６に供給するようになされ、また、燃焼器５２が、熱交換器６６の第一の入口６８に排ガスを供給するようになされている点で、前記固体酸化物形燃料電池システム１０とは異なる。より詳細には、圧縮機２４からのダクト４０の第一部分４０Ａを通って流れる酸化剤の一部は、ダクト４１２に供給される。ダクト４１２は、エゼクタ４１４の第一の入口にこの酸化剤の一部を供給する。熱交換器６６の第一の出口７２から出る排ガスの一部は、ダクト４１６を通して燃焼器５２に供給される。燃焼器５２は、ダクト４１８を通してエゼクタ４１４の第二の入口に排ガスを供給するようになされる。エゼクタ４１４の出口は、圧縮機２４からの酸化剤の前記一部と、燃焼器５２からの前記排ガスを、ダクト４２０を通して熱交換器６６の第一の入口６８に供給するようになされる。
固体酸化物型燃料システム４１０は、未利用の酸化剤収集マニホールド５６が、燃焼器５２に未利用の酸化剤の第二部分を供給するために燃焼器５２に直接接続されてはいない点でも異なっている。固体酸化物形燃料電池システム４１０では、未利用酸化剤収集マニホールド５６が、未利用の酸化剤の第二部分を熱交換器６６の第一の入口６８に供給するようになされており、この未利用の酸化剤の第二部分は、ダクト５８及びダクト４２２を通して、エゼクタ４１４と熱交換器６６の第一の入口６８の間のダクト４２０に供給される。
この装置もまた、熱交換器６６への入口及び燃焼器５２の出口における温度を低下させる。エゼクタ４１４は、圧縮機２４によって供給される酸化剤の一部を使用して、燃焼器５２からの排ガスを燃焼器５２に戻して循環利用するための手段として使用される。
【００４８】
図５中の固体酸化物形燃料電池システム４１０は、ガスタービン機関によって駆動される発電機を有しないが、ガスタービン機関に発電機を備えるようにすることも可能である。
【００４９】
本発明による更なる固体酸化物形燃料電池システム５１０を図６に示す。この固体酸化物形燃料電池システム５１０は、固体酸化物形燃料電池スタック１２及びガスタービン機関１４を備える。この固体酸化物形燃料電池システム５１０は、図１に示される固体酸化物形燃料電池システム１０と本質的に同じであり、同様の構成部分は同様の符号で示されている。
【００５０】
固体酸化物形燃料電池システム５１０は、圧縮機２４が熱交換器６６の第一の入口６８に酸化剤の一部を供給するようになされ、また、熱交換器６６が燃焼器５２排ガスの一部を熱交換器６６の第一の出口７２から燃焼器５６まで供給するようになされ、さらに、燃焼器５２が、熱交換器６６の第一の入口６８に排ガスを供給する点で、前記固体酸化物形燃料電池システム１０とは異なる。より詳細には、ダクト４０の第一部分４０Ａを通って流れる圧縮機２４からの酸化剤の一部は、ダクト５１２に供給される。ダクト５１２は、この酸化剤の一部を、エゼクタ５１４の第一の入口に供給する。熱交換器６６の第一の出口７２から出る排ガスの一部は、ダクト５１６を通って燃焼器５２に供給される。燃焼器５２は、エゼクタ５１４の第二の入口にダクト５１８を通して排ガスを供給するようになされる。エゼクタ５１４の出口は、圧縮機２４からの酸化剤の前記一部及び燃焼器５２からの前記排ガスを、ダクト５２０を通して熱交換器６６の第一の入口６８に供給するようになされる。
この固体酸化物形燃料電池システム５１０では、未利用酸化剤収集マニホールド５６は、ダクト５８及びダクト６２を通して燃焼器５２に直接接続され、燃焼器５２に未利用の酸化剤の第二部分を供給する。
この装置もまた、熱交換器６６への入口及び燃焼器５２の出口における温度を低下させる。エゼクタ５１４は、圧縮機２４によって供給される酸化剤の一部を使用して、燃焼器５２からの排ガスを燃焼器５２に戻して循環利用するための手段として使用される。図１のように、未利用酸化剤収集マニホールド５６は、エゼクタ６０の第二の入口に直接接続され、酸化剤マニホールド３６に未利用の酸化剤の第一部分を戻すように供給し、再循環させる。図６中の固体酸化物形燃料電池システム５１０もまた、ガスタービン機関１４によって駆動される発電機２７を有する。
【００５１】
図２、図４、図５及び図６において、燃焼器、熱交換器及びエゼクタは、燃焼器排ガスの一部が熱交換器を通って燃焼器に戻され循環利用されるように、ダクトによる接続で環状配置とされる点に注目されたい。図３において、熱交換器とエゼクタは、燃焼器から供給された燃焼器排ガスの一部が熱交換器に戻され循環利用されるように、ダクトによる接続で環状配置とされる点に注目されたい。
【００５２】
図２、図３、図４、図５及び図６中の、各エゼクタ１１４、２１４、３１４、４１４、５１４は、ファン、ブロワ、ポンプ、又はターボ機械に置換え可能である。
【００５３】
前記各図では、エゼクタを使用することにより、燃料収集マニホールドからの未利用の燃料を燃料マニホールドに戻し再循環させることを示している。しかしながら、これらの固体酸化物形燃料電池システムのいずれも、燃料収集マニホールドからの未利用の燃料が燃料マニホールドに戻って再循環することがないようにすることも可能である。
【００５４】
本発明は、単一軸のガスタービン機関に関して記載されているが、複数軸のガスタービン機関、例えば、低圧圧縮機、高圧圧縮機、高圧タービン、及び低圧タービンを備え、低圧タービンは、第一の軸を介して低圧圧縮機を駆動するようになされ、且つ、高圧タービンは、第二の軸を介して高圧圧縮機を駆動するようになされる、ガスタービン機関を使用することも同様に可能である。
【００５５】
燃焼器、酸化物エゼクタ、燃料エゼクタ及び熱交換器を有し、いくつかの具体例では第三のエゼクタも有する単一の固体酸化物形燃料電池スタックを備える、固体酸化物形燃料電池システムを提供することも可能である。ただし、上述のように、固体酸化物形燃料電池スタックは単一のガスタービン機関を共有する。
さらに、複数の固体酸化物形燃料電池スタックを備える固体酸化物形燃料電池システムで、各固体酸化物形燃料電池スタックが、それぞれ個別に燃焼器、酸化物エゼクタ、燃料エゼクタ及び熱交換器を有し、いくつかの具体例では第三のエゼクタも個別に有するものである、固体酸化物形燃料電池システムを提供することも可能である。ただし、固体酸化物形燃料電池スタックは、単一のガスタービン機関を共有する。
前記後者の装置は、固体酸化物形燃料電池システムの信頼性を向上させるように、固体酸化物形燃料電池スタックがそれぞれ個々に電気的に絶縁され、各固体酸化物形燃料電池スタックへの燃料が個々に分離されることを可能にしている。前記後者の装置は、接続ダクトの必要性及び関連する熱膨張の問題を小さくする。前記後者の装置は、各固体酸化物形燃料電池スタックにおける燃料及び酸化物の改良された分配をもたらすような、エゼクタ中でのより大きい圧力降下を生じさせる。
【図１】
2013535779.tif 000003
【図２】
2013535779.tif 000004
【図３】
2013535779.tif 000005
【図４】
2013535779.tif 000006
【図５】
2013535779.tif 000007
【図６】
2013535779.tif 000008
【国際調査報告】
2013535779.tif 000009
2013535779.tif 000010
2013535779.tif 000011