(57)【要約】【課題】それぞれのスタックが互いに対して離隔して配置されるのでスタック間の伝熱が行われないためスタックが互いに対して影響を受けず、特にインレットマニホルド部とアウトレットマニホルド部をスタックとスタックとの間に介在させるが、アウトレットマニホルド部を加熱源としてスタックを個別的に加熱することができるのでスタックの温度低下による問題がないため、全体的な発電効率が最上に維持される燃料電池加熱装置を提供すること。【解決手段】本発明の燃料電池加熱装置は、燃料電池装置において、スタックの外部に設置され、スタックから排出される排出物を受け入れてスタックの外部に誘導するアウトレットマニホルド部と、前記アウトレットマニホルド部の内部へ外部の補助燃料を供給し、補助燃料が前記アウトレットマニホルド部内で燃焼して前記アウトレットマニホルド部およびこれに接するスタックを加熱するようにする補助燃料供給部とを含んでなる。【選択図】図２
2015076399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池装置において、
スタックの外部に設置され、スタックから排出される排出物を受けてスタックの外部へ誘導するアウトレットマニホルド部と、
前記アウトレットマニホルド部の内部へ外部の補助燃料を供給し、補助燃料が前記アウトレットマニホルド部内で燃焼して前記アウトレットマニホルド部およびこれに接するスタックを加熱するようにする補助燃料供給部とを含んでなることを特徴とする、燃料電池加熱装置。
【請求項２】
前記スタックは２つ以上が離隔して配置され、
前記各スタックにおいて、スタックを挟んで前記アウトレットマニホルド部の反対側には、スタックの内部に燃料および空気を供給するインレットマニホルド部が設置されたことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池加熱装置。
【請求項３】
前記アウトレットマニホルド部の内部には、
前記スタック内のカソード側から排出される排出物を受けて通過させるカソードアウト部と、
隔壁によって前記カソードアウト部に対して隔離され、スタック内のアノード側から排出される排出物を受けて通過させるアノードアウト部が形成されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料電池加熱装置。
【請求項４】
前記補助燃料供給部は、
前記スタックへ供給される燃料の一部を、補助燃料として使用するために受けて前記アウトレットマニホルド部のカソードアウト部の内部へ誘導する補助燃料パイプと、
前記補助燃料パイプに設置され、前記補助燃料パイプを通過する補助燃料の流量を調節する流量調節部とを備えることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池加熱装置。
【請求項５】
前記カソードアウト部の内部には、カソードアウト部に入ってきた補助燃料の燃焼を誘導する燃焼誘導部が設置されたことを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池加熱装置。
【請求項６】
前記流量調節部を制御するための制御部がさらに備えられ、
前記スタックにはスタックの温度を感知するためのセンサーが設置され、
前記制御部は、
前記センサーから伝達を受けたスタックの温度情報に基づいて流量調節部を制御することにより補助燃料の供給量を調節することを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池加熱装置。
【請求項７】
前記カソードアウト部には、カソードアウト部内で発生した補助燃料の燃焼ガスを外部へ排出するための燃焼ガス排出パイプが固定されていることを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池加熱装置。
【請求項８】
互いに対して離隔して配置された多数のスタックを含む発電部と、
前記スタックの外部に設置され、スタックから排出される排出物を受けてスタックの外部へ誘導するアウトレットマニホルド部と、
燃料供給パイプおよび空気供給パイプを介して外部から供給された燃料と空気を前記スタックの内部に供給するものであって、スタックを挟んで前記アウトレットマニホルド部の反対側に位置するインレットマニホルド部と、
前記アウトレットマニホルド部の内部に外部の補助燃料を供給し、補助燃料が前記アウトレットマニホルド部内で燃焼して前記アウトレットマニホルド部とこれに接するスタックを加熱するようにする補助燃料供給部とを含んでなることを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項９】
前記アウトレットマニホルド部の内部には、
前記スタック内のカソード側から排出される排出物を受けて通過させるカソードアウト部、および
隔壁によって前記カソードアウト部に対して隔離され、スタック内のアノード側から排出される排出物を受けて通過させるアノードアウト部が形成されたことを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池装置。
【請求項１０】
前記補助燃料供給部は、
前記スタックへ供給される燃料の一部を、補助燃料として使用するために受けて前記アウトレットマニホルド部のカソードアウト部の内部へ誘導する補助燃料パイプと、
前記補助燃料パイプに設置され、前記補助燃料パイプを通過する補助燃料の流量を調節する流量調節部とを備えることを特徴とする、請求項９に記載の燃料電池装置。
【請求項１１】
前記カソードアウト部の内部には、前記カソードアウト部に入ってきた補助燃料の燃焼を誘導する燃焼誘導部が設置されたことを特徴とする、請求項１０に記載の燃料電池装置。
【請求項１２】
前記流量調節部を制御するための制御部がさらに備えられ、
前記スタックにはスタックの温度を感知するセンサーが設置され、
前記制御部は、
前記センサーから伝達を受けたスタックの温度情報に基づいて流量調節部を制御して補助燃料の供給量を調節することを特徴とする、請求項１０に記載の燃料電池装置。
【請求項１３】
前記カソードアウト部には、前記カソードアウト部内で発生した補助燃料の燃焼ガスを外部へ排出するための燃焼ガス排出パイプが固定されていることを特徴とする、請求項１０に記載の燃料電池装置。
【請求項１４】
前記燃焼ガス排出パイプと前記空気供給パイプとの間には、前記燃焼ガス排出パイプの熱を前記空気供給パイプへ伝達するための熱交換器がさらに備えられたことを特徴とする、請求項１３に記載の燃料電池装置。
【請求項１５】
前記アノードアウト部には、前記アノードアウト部を通過して前記アウトレットマニホルド部の外部へ排出される排出物を受け入れて誘導する回収パイプが固定され、
前記回収パイプと前記燃料供給パイプとの間には熱交換器がさらに設置されたことを特徴とする、請求項１４に記載の燃料電池装置。
【請求項１６】
燃料電池加熱方法であって、
各スタックの温度をセンシングする１次温度センシング段階と、
前記１次温度センシング段階でセンシングされた温度が正常範囲内に含まれているかを判断する１次判断段階と、
前記１次判断段階で温度が正常範囲から外れたと判断された場合、アウトレットマニホルド部に補助燃料を供給して前記アウトレットマニホルド部を加熱させる加熱段階と、
前記加熱段階によるスタックの温度を感知する２次温度センシング段階と、
前記２次温度センシング段階でセンシングされたスタックの温度が正常範囲内に入っているか否かを判断する２次判断段階と、
前記２次判断段階で感知された温度が正常範囲内である場合、補助燃料の供給を遮断する補助燃料遮断段階とを含んでなることを特徴とする、燃料電池加熱方法。
【請求項１７】
前記加熱段階は、流量調節部を介してカソードアウト部内に補助燃料を供給する段階であることを特徴とする、請求項１６に記載の燃料電池加熱方法。
【請求項１８】
前記補助燃料遮断段階は、流量調節部を遮断して、カソードアウト部に供給される補助燃料の流れを中断させる段階であることを特徴とする、請求項１６に記載の燃料電池加熱方法。
【請求項１９】
前記アウトレットマニホルド部の内部には、
スタック内のカソード側から排出される排出物を受けて通過させるカソードアウト部、および隔壁によって前記カソードアウト部に対して隔離され、スタック内のアノード側から排出される排出物を受けて通過させるアノードアウト部が形成され、
補助燃料供給部は、
スタックへ供給される燃料の一部を、補助燃料として使用するために受けて前記アウトレットマニホルド部のカソードアウト部の内部へ誘導する補助燃料パイプと、前記補助燃料パイプに設置され、前記補助燃料パイプを通過する補助燃料の流量を調節する流量調節部とを備えることを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の燃料電池加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池加熱装置および加熱方法とこれを含む燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー源として最も広く用いられている石油や石炭などの化石燃料は埋蔵量が限定されている。よって、化石燃料に代わるべき代替エネルギー問題が国家社会的に大きな関心事となっている。例えば、石油や石炭、ガスなどの化石燃料ではなく、太陽熱、潮力または風力を用いた発電や燃料電池などへの関心が高まっている。
前述した様々な代替エネルギーの中でも、特に燃料電池は、水の電気分解反応の逆反応を利用して電気を生産するものであって、天然ガス、石炭ガス、メタノールなどの炭化水素系物質に含まれている水素と、空気中の酸素とを電気化学反応させて電気エネルギーを作る技術を応用したものである。
【０００３】
これは、様々な過程、例えば燃料の燃焼、蒸気の発生、タービンの駆動、発電機の駆動などを含む既存の発電技術とは異なり、燃焼過程や駆動装置がないので、効率が高いうえ、ＳＯｘ、ＮＯｘなどの大気汚染物質を殆ど排出せず、二酸化炭素の発生も少なく、騒音や振動などが殆どないという利点がある。
このような燃料電池にも多くの種類があり、例えば、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、アルカリ型燃料電池（ＡＦＣ）、高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）、固体酸化物燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）などの多様な種類がある。
【０００４】
前記固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）は、酸素または水素イオンを透過させることが可能な固体酸化物を電解質として用いる燃料電池であって、全ての構成要素が固体からなっているため、他の燃料電池に比べて構造が簡単であり、電解質の損失および補充と腐食の問題がない。その上、高温で作動するため貴金属触媒が不要であり、直接内部改質による燃料供給が容易であり、高温のガスを排出するため廃熱を用いた熱複合発電が可能であるという利点も持っている。
この種の固体酸化物燃料電池は、下記反応式のような電極反応を行う。
【０００５】
<反応式>
燃料極：Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
空気極：Ｏ２＋４ｅ−→２Ｏ２−
全反応：Ｈ２＋ＣＯ＋Ｏ２→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
【０００６】
前記反応式に従って作動する燃料電池において、電子は外部回路を経て空気極に到達し、これと同時に空気極から発生した酸素イオンは電解質を介して燃料極に伝達されることにより、燃料極では水素またはＣＯが酸素イオンと結合して電子および水、またはＣＯ２を生成する。
【０００７】
一方、前述した固体酸化物燃料電池は、多数の単位セルを積層構成したいわゆるスタック（ｓｔａｃｋ）を基本単位とし、前記スタックは、電力生産容量を増やすために、直列、並列、またはその組み合わせで構成される。
図１は従来の燃料電池スタックの問題点を説明するために示した燃料電池システム１１の構成図である。
図示の如く、従来の燃料電池システム１１は、多数の単位スタック１９ａ、１９ｂ、１９ｃを積層構成した発電部１９、熱交換器１３、バーナー１５、改質器１７、および電力変換器２７などを含んでなる。
【０００８】
前記各単位スタック１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、積層単位セルをその内部に収容した状態で隣の単位スタックに密着して結合している。前記発電部１９から生産された電気は、電力変換器２７を介して適切に加工されて外部の電力需要先に供給される。
前記バーナー１５は、各単位スタック１９ａ、１９ｂ、１９ｃ後端のガスを回収パイプ２５を介して受け取って改質器１７および隣近の熱交換器１３を加熱し、改質器１７が燃料を改質するようにして、水素が富むガスを発電部１９の各単位スタックへ送るようにする。
前記熱交換器１３は、前記発電部１９から排出されて回収パイプ２５を介して回収された高温の未反応ガス（水素や空気など）と、外部から新しく流入する燃料および空気とを熱交換させることにより、燃料および空気を加熱する役割を果たす。
【０００９】
ところが、前述した従来の燃料電池システム１１は、発電部１９を構成する各単位スタックが互いに対して密着して構成されるので、任意のスタックが隣のスタックに悪い影響を及ぼすおそれがあるという欠点があった。すなわち、一部のスタックの性能低下が他のスタックへ伝播されることもある。
すなわち、任意の単位スタックに問題が発生してその性能が低下する場合、それに隣り合う単位スタックへの電流偏りなどが引き起こされて単位スタック相互間のヒートバランス（ｈｅａｔ ｂａｌａｎｃｅ）が破壊されることにより、燃料電池システム１１の性能が大きく低下するおそれがある。言い換えれば、任意の単位スタックが（非正常的な理由により）降温する場合、これに密着している隣の単位スタックも共に降温して全体的に顕著な性能低下が誘発される。
【００１０】
公知の事実のように、ＳＯＦＣなどの高温燃料電池の場合、各単位スタックの運転温度は出力電力や耐久性などの性能に大きい影響を及ぼすので、単位スタックの自体の運転温度だけでなく、周辺単位スタック間のヒートバランスを保つことが非常に重要であるが、前述した従来の発電部１９は、各単位スタックが密着して構成されているうえ、任意の単位スタックの降温の際に正常範囲に昇温させるための別の加熱手段がないため、燃料電池システムの出力を最適に保つことが容易でない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解消するためになされたもので、その目的は、それぞれのスタックが互いに対して離隔して配置されるのでスタック間の伝熱が行われないためスタックが互いに対して影響を受けず、特にインレットマニホルド部とアウトレットマニホルド部をスタックとスタックとの間に介在させるが、アウトレットマニホルド部を加熱源としてスタックを個別的に加熱することができるのでスタックの温度低下による問題がないため、全体的な発電効率が最上に維持される燃料電池システムと、前記アウトレットマニホルド部を個別的に加熱させる燃料電池加熱装置および加熱方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池加熱装置は、作動状態にある燃料電池スタックの降温の際に、該当スタックに熱を加えてスタックの温度を正常範囲内に維持させるものであって、前記スタックの外部に密着して設置され、スタックから排出される排出物を受けてスタックの外部へ誘導するアウトレットマニホルド部と、前記アウトレットマニホルド部の内部へ外部の補助燃料を供給し、補助燃料がアウトレットマニホルド部内で燃焼してアウトレットマニホルド部およびこれに接するスタックを加熱するようにする補助燃料供給部とを含んでなることを特徴とする。
【００１３】
また、前記スタックは２つ以上が離隔して配置され、前記各スタックにおいて、スタックを挟んで前記アウトレットマニホルド部の反対側には、スタックの内部に燃料および空気を供給するインレットマニホルド部が設置されたことを特徴とする。
また、前記アウトレットマニホルド部の内部には、前記スタック内のカソード側から排出される排出物を受けて通過させるカソードアウト部、および隔壁によって前記カソードアウト部に対して隔離され、スタック内のアノード側から排出される排出物を受けて通過させるアノードアウト部が形成されたことを特徴とする。
また、前記補助燃料供給部は、前記スタックへ供給される燃料の一部を、補助燃料として使用するために受けて前記アウトレットマニホルド部のカソードアウト部の内部へ誘導する補助燃料パイプと、前記補助燃料パイプに設置され、補助燃料パイプを通過する補助燃料の流量を調節する流量調節部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、前記カソードアウト部の内部には、カソードアウト部に入ってきた補助燃料の燃焼を誘導する燃焼誘導部が設置されたことを特徴とする。
また、前記個別加熱装置には前記流量調節部を制御するための制御部がさらに備えられ、前記スタックにはスタックの温度を感知するためのセンサーが設置され、前記制御部は、前記センサーから伝達を受けたスタックの温度情報に基づいて流量調節部を制御することにより補助燃料の供給量を調節することを特徴とする。
また、前記カソードアウト部には、カソードアウト部内で発生した補助燃料の燃焼ガスを外部へ排出するための燃焼ガス排出パイプが固定されていることを特徴とする。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明の燃料電池スタック個別加熱方法は、互いに対して離隔して配置された多数のスタックを含む発電部と、前記スタックの外部に密着して設置され、スタックから排出される排出物を受けてスタックの外部へ誘導するアウトレットマニホルド部と、前記アウトレットマニホルド部の内部に外部の補助燃料を供給し、補助燃料がアウトレットマニホルド部内で燃焼してアウトレットマニホルド部とこれに接するスタックを加熱するようにする補助燃料供給部とを含む燃料電池スタック個別加熱装置を駆動する方法であって、
前記各スタックの温度をセンシングする１次温度センシング段階と、前記１次温度センシング段階でセンシングされた温度が正常範囲内に含まれているか否かを判断する１次判断段階と、前記１次判断段階で温度が正常範囲から外れたと判断された場合、前記補助燃料供給部を介してアウトレットマニホルド部に補助燃料を供給してアウトレットマニホルド部を加熱させる加熱段階と、前記加熱段階によるスタックの温度を感知する２次温度センシング段階と、前記２次温度センシング段階でセンシングされたスタックの温度が正常範囲内に入っているか否かを判断する２次判断段階と、前記２次判断段階で感知された温度が正常範囲内である場合、前記補助燃料供給部を制御して補助燃料の供給を遮断する補助燃料遮断段階とを含むことを特徴とする。
【００１６】
前記アウトレットマニホルド部の内部には、前記スタック内のカソード側から排出される排出物を受けて通過させるカソードアウト部、および隔壁によって前記カソードアウト部に対して隔離され、スタック内のアノード側から排出される排出物を受けて通過させるアノードアウト部が形成され、前記補助燃料供給部は、前記スタックへ供給される燃料の一部を、補助燃料として使用するために受けて前記アウトレットマニホルド部のカソードアウト部の内部へ誘導する補助燃料パイプと、前記補助燃料パイプに設置され、補助燃料パイプを通過する補助燃料の流量を調節する流量調節部とを備え、前記加熱段階は、前記流量調節部を介してカソードアウト部内に補助燃料を供給する段階であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記補助燃料遮断段階は、前記流量調節部を遮断して、カソードアウト部に供給される補助燃料の流れを中断させる段階であることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、互いに対して離隔して配置された多数のスタックを含む発電部と、前記各スタックの外部に密着して設置され、スタックから排出される排出物を受けてスタックの外部へ誘導するアウトレットマニホルド部と、燃料供給パイプおよび空気供給パイプを介して外部から供給された燃料および空気を前記スタックの内部へ供給するものであって、スタックを挟んでアウトレットマニホルド部の反対側に位置するインレットマニホルド部と、作動状態にあるスタックの降温の際に該当スタックに熱を加えてスタックの温度を正常範囲内に維持させるものであって、前記アウトレットマニホルド部の内部へ外部の補助燃料を供給し、補助燃料がアウトレットマニホルド部内で燃焼してアウトレットマニホルド部とこれに接するスタックを加熱するようにする補助燃料供給部とを含むことを特徴とする。
【００１８】
また、前記アウトレットマニホルド部の内部には、前記スタック内のカソード側から排出される排出物を受けて通過させるカソードアウト部、および隔壁によって前記カソードアウト部に対して隔離され、スタック内のアノード側から排出される排出物を受けて通過させるアノードアウト部が形成されたことを特徴とする。
また、前記補助燃料供給部は、前記スタックへ供給される燃料の一部を補助燃料として使用するめたに受けて前記アウトレットマニホルド部のカソードアウト部の内部へ誘導する補助燃料パイプと、前記補助燃料パイプに設置され、補助燃料パイプを通過する補助燃料の流量を調節する流量調節部とを備えることを特徴とする。
【００１９】
また、前記カソードアウト部の内部には、カソードアウト部に入ってきた補助燃料の燃焼を誘導する燃焼誘導部が設置されたことを特徴とする。
また、前記燃料電池システムには前記流量調節部を制御するための制御部がさらに備えられ、前記スタックにはスタックの温度を感知するセンサーが設置され、前記制御部は、前記センサーから伝達を受けたスタックの温度情報に基づいて流量調節部を制御して補助燃料の供給量を調節することを特徴とする。
また、前記カソードアウト部には、カソードアウト部内で発生した補助燃料の燃焼ガスを外部へ排出するための燃焼ガス排出パイプが固定されていることを特徴とする。
また、前記燃焼ガス排出パイプと前記空気供給パイプとの間には、燃焼ガス排出パイプの熱を空気供給パイプへ伝達するための熱交換器がさらに備えられたことを特徴とする。
また、前記アノードアウト部には、アノードアウト部を通過してアウトレットマニホルド部の外部へ排出される排出物を受け入れて誘導する回収パイプが固定され、前記回収パイプと前記燃料供給パイプとの間には熱交換器がさらに設置されたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の特徴および利点は添付図面に基づく以下の詳細な説明からさらに明白になるであろう。
これに先立ち、本明細書および請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的かつ辞典的な意味で解釈されてはならず、発明者が自分の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
【発明の効果】
【００２１】
上述した本発明の燃料電池装置は、それぞれのスタックが互いに対して離隔して配置されるのでスタック間の伝熱が行われないためスタックが互いに対して影響を受けず、特にインレットマニホルド部とアウトレットマニホルド部をスタックとスタックとの間に介在させるが、アウトレットマニホルド部を加熱源としてスタックを個別的に加熱することができるのでスタックの温度低下による問題がないため、全体的な発電効率が最上に維持される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の燃料電池スタックの問題点を説明するために示す図である。
【図２】本発明の一実施態様に係る燃料電池システムの全体的な構造と燃料電池スタック個別加熱装置の動作原理を説明するための構造図である。
【図３】図２に示した燃料電池システムにおける加熱装置をより具体的に示す図である。
【図４】本発明の一実施態様に係る燃料電池スタック個別加熱方法を整理して示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面に係る以下の詳細な説明および好適な実施態様によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付するに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、「第１」、「第２」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。以下、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を不明瞭にする可能性がある係る公知技術についての詳細な説明は省略する。
【００２４】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施態様を詳細に説明する。
図２は本発明の一実施態様に係る燃料電池システム３１の全体的な構造と燃料電池スタック個別加熱装置の動作原理を説明するための構造図、図３は図２に示した燃料電池システム３１における加熱装置をより具体的に示す図である。
図示の如く、本実施態様に係る燃料電池システム３１は、互いに対して離隔して上下に配置された多数のスタック５３を備える発電部５１と、前記各スタック５３の上部に密着して設置されるインレットマニホルド部５５と、各スタック５３の下部に密着して設置されるアウトレットマニホルド部５７と、作動状態にあるスタックの降温の際に該当スタックに熱を加えてスタックの温度を正常範囲内に維持させる個別加熱装置とを含む。
【００２５】
前記個別加熱装置は、任意のアウトレットマニホルド部５７の内部へ外部の補助燃料を供給し、補助燃料がアウトレットマニホルド部５７内で燃焼してアウトレットマニホルド部とこれに接するスタック５３を加熱するようにする補助燃料供給部を含む。
前記発電部５１を構成するスタック５３は、ｎ個が上下に離隔して配置される。また、各スタック５３の内部には積層された状態の単位セルが内蔵されている。前記スタック５３そのものは一般なスタックと同様のものである。
基本的に、本実施態様の燃料電池システム３１は、それぞれのスタック５３が互いに対して離隔して配置されており、各スタック５３の間にアウトレットマニホルド部５７およびインレットマニホルド部５５が介在されているという特徴を持つ。
【００２６】
上述のようにスタック５３が離隔しているので、スタック５３間の伝熱が行われない。また、前記アウトレットマニホルド部５７とインレットマニホルド部５５は互いに結合した状態で各スタック５３を機械的に固定させ、特にアウトレットマニホルド部５７は、外部から供給された補助燃料によって加熱されることにより、その上部に位置したスタック５３を加熱する。
前記各インレットマニホルド部５５は燃料供給パイプ３３および空気供給パイプ４７の端部と接続されている。よって、前記燃料供給パイプ３３を介して供給された燃料は、改質器４５を通過した状態でインレットマニホルド部５５を経由してスタック５３内の燃料極（図示せず）に供給され、空気供給パイプ４７を介して流入した空気は、インレットマニホルド部５５を通過してスタック５３内の空気極に伝達されることにより、電気化学反応に参与する。
【００２７】
また、前記アウトレットマニホルド部５７は、スタック５３から排出された反応後の反応物（水、未反応水素、空気など）を通過させて外部へ誘導する役割を果たす。
特に、前記アウトレットマニホルド部５７は、図３に示すように、隔壁５７ｃによって区画されたカソードアウト部５７ａとアノードアウト部５７ｂを有する。前記カソードアウト部５７ａはスタックのカソード側から発生する反応物をその内部に通過させる空間部である。また、アノードアウト部５７ｂはスタック５３内のアノード側から発生する反応物を受け入れて回収パイプ６５へ送り出す空間部である。
さらに、それぞれのカソードアウト部５７ａ内には燃焼誘導部６７が内蔵される。前記燃焼誘導部６７はカソードアウト部５７ａの内部に流入した補助燃料の発火を促進して燃焼を誘導する役割を果たす。前記燃焼誘導部としてディフュージョンタイプの燃焼器または触媒燃焼器を適用することができる。
ところが、前記アウトレットマニホルド部５７は（インレットマニホルド部５５も同様であるが）、続く発電部５１の運転によって６００℃以上の温度で加熱された状態であるので、前記補助燃料は、カソードアウト部５７ａの内部に流入し次第、自然発火する。前記燃焼誘導部６７を適用しなくてもよい。
【００２８】
一方、前記個別加熱装置は、作動状態にある発電部５１のうち、任意のスタックの降温の際に、該当スタックを加熱して温度を正常範囲内に維持させる役割を果たす。
このような機能の個別加熱装置は、前記アウトレットマニホルド部５７のカソードアウト部５７ａに補助燃料を供給する補助燃料供給部を有する。
【００２９】
前記補助燃料供給部は、燃料供給パイプ３３を介して流入して各スタック５３へ移動する燃料の一部を、補助燃料として使用するために受け入れ、選択されたカソードアウト部５７ａの内部へ誘導する補助燃料パイプ３５と、各補助燃料パイプ３５に設置され、補助燃料パイプ３５を通過する補助燃料の流量を調節する流量調節部３７とを含む。前記流量調節部３７は多数のバルブ３７ａから構成される。
前記カソードアウト部５７ａに供給される補助燃料は、改質器４５を介して改質される前の状態であって、高温に維持されているカソードアウト部５７ａの内部に流入した後、自然発火してアウトレットマニホルド部５７を加熱する。前記アウトレットマニホルド部５７はスタック５３の底面に密着しているので、アウトレットマニホルド部５７の加熱によってスタック５３も加熱される。
前記バルブ３７ａを開放するほど、カソードアウト部５７ａに供給される補助燃料の流量が多くなる。また、バルブ３７ａを完全に遮断すると、補助燃料の供給が行われない。
【００３０】
前記バルブ３７ａは、手動式バルブであってもよく、制御部３９の電気信号によって作動するソレノイドバルブであってもよい。
前記各スタック５３の側部にはセンサー６１が設置されている。前記センサー６１は、スタック５３の温度を実時間にて感知する役割を果たす。前記センサー６１が感知した温度情報は、別途のディスプレイ部（図示せず）を介して管理者に通報する。
前記制御部３９は、センサー６１から伝達された温度情報に基づいて、前記バルブ３７ａを開放するか否かを判断する。もし任意のスタック５３の温度が隣のスタックの温度より低い場合、バルブ３７ａを開いて、低い温度のスタック５３に接しているアウトレットマニホルド部５７のカソードアウト部５７ａの内部へ補助燃料を誘導する。
【００３１】
一方、前記各アウトレットマニホルド部５７のアノードアウト部５７ｂ内の未反応水素は、回収パイプ６５を介して熱交換器４１ａとブロワー４３を通過した後、改質器４５を経由してインレットマニホルド部５５に供給される。前記ブロワー４３は、水素ガスに運動エネルギーを付加して改質器４５へ圧送する役割を果たす。
前記回収パイプ６５が通過する熱交換器４１ａには燃料供給パイプ３３も通過する。よって、前記燃料供給パイプ３３と回収パイプ６５とは熱交換器４１ａの内部で熱交換する。外部から燃料供給パイプ３３に流入して改質器４５に向かう燃料は、回収パイプ６５を流れる高温の水素と熱交換されて加熱される。
【００３２】
また、前記各カソードアウト部５７ａには、燃焼ガス排出パイプ６３が引き込まれて固定されている。前記燃焼ガス排出パイプ６３は、カソードアウト部５７ａ内で燃焼された補助燃料の燃焼ガスを大気中に排気する役割を果たす。
前記燃焼ガス排出パイプ６３と空気供給パイプ４７との間にも熱交換器４１ｂが備えられる。前記熱交換器４１ｂは、燃焼ガス排出パイプ６３を通過する高温の燃焼ガスを新しく供給される空気と熱交換させる役割を果たす。
【００３３】
図４は本発明の一実施態様に係る燃料電池スタック個別加熱方法を整理して示すフローチャートである。本実施態様に係る燃料電池スタック個別加熱方法は、上述した燃料電池システムにおける個別加熱装置を駆動する方法に関するものである。
図示の如く、本実施態様に係る燃料電池スタック個別加熱方法は、前記センサー６１を用いて各スタック５３の温度をセンシングする１次温度センシング段階１００から始まる。前記１次温度センシング段階１００で実時間にて把握される温度情報は、作業者に通報されるだけでなく、制御部３９にも伝達される。
【００３４】
次いで、１次判断段階１０２を行う。前記１次判断段階１０２は、前記１次温度センシング段階でセンシングされたスタックの現在温度が正常範囲内に含まれているか否かを判断する過程である。前記１次判断段階１０２の判断主体は制御部３９または作業者である。適用されたバルブ３７ａが一般な手動式バルブである場合、判断主体は作業者である。
前記１次判断段階１０２でスタックの温度が正常範囲から外れたと判断された場合、前記バルブ３７ａを開放してカソードアウト部５７ａ内に補助燃料を供給してアウトレットマニホルド部を加熱させる加熱段階１０４が続く。前述したように、前記バルブ３７ａは、作業者によって手動で操作されるか、或いは制御部３９によって自動的に開閉できる。
【００３５】
前記１次判断段階１０２でスタックの温度が正常範囲内であると判断された場合、別の措置を取らず、前記１次温度センシング段階１００を行い続ける。
前記加熱段階１０４に続いて２次温度センシング段階１０８が行われる。前記２次温度センシング段階１０８は、前記センサー６１を用いて、加熱を済ませたスタック５３の温度を測定する過程である。前記２次温度センシング段階１０８で感知された温度情報は、作業者と制御部３９へ通報される。この過程は１次温度センシング段階１００と同様である。
前記２次温度センシング段階１０８に続いて２次判断段階１１０を行う。前記２次判断段階１１０は、前記加熱段階１０４で加熱されたスタック５３の温度が正常範囲内に入っているか否かを判断する過程である。
前記２次判断段階１１０でスタック５３の温度が正常範囲部に入っていないと判断された場合、前記加熱段階１０４を繰返し行う。
ところが、スタック５３の温度が正常範囲内に入っている場合は、前記補助燃料供給部を制御して補助燃料の供給を遮断する補助燃料遮断段階１１２を行う。前記補助燃料遮断段階１１２は、前記バルブ３７ａを遮断して、カソードアウト部へ供給される補助燃料の流れを中断させる過程である。
【００３６】
以上、本発明を具体的な実施態様に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、当該分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。
【符号の説明】
【００３７】
１１    燃料電池システム
１３    熱交換器
１５    バーナー
１７    改質器
１９    発電部
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ    単位スタック
２１    燃料供給パイプ
２３    空気パイプ
２５    回収パイプ
２７    電力変換器
３１    燃料電池システム
３３    燃料供給パイプ
３５    補助燃料パイプ
３７    流量調節部
３７ａ    バルブ
３９    制御部
４１ａ、４１ｂ    熱交換器
４３    ブロワー
４５    改質器
４７    空気供給パイプ
５１    発電部
５３    スタック
５５    インレットマニホルド部
５７    アウトレットマニホルド部
５７ａ    カソードアウト部
５７ｂ    アノードアウト部
５７ｃ    隔壁
６１    センサー
６３    燃焼ガス排出パイプ
６５    回収パイプ
６７    燃焼誘導部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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