(57)【要約】【課題】燃料電池（１）と燃料電池（１）に熱的に接続されて、燃料電池（１）の少なくとも温度上昇を可能にしている熱源（２）と、を具備した、特に電気エネルギ生成ユニットを提供する。【解決手段】本発明によると、熱源（２）には放射バーナー（２０）が設けられ、燃料電池（１）は断熱容器内に密閉されて、その断熱容器はバーナー（２０）から導入された燃焼ガス（Ｆ）によって加熱され、このユニットは温度調節手段（４）を含み、断熱容器（３）を加熱する燃焼ガス（Ｆ）温度を約２００℃から少なくとも８００℃の範囲で制御可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱容器（３）内に密閉された燃料電池（１）と、
該燃料電池（１）に熱的に接続されて、少なくとも該燃料電池（１）の温度上昇を可能にしている熱源（２）と、を具備し、
該熱源（２）は少なくとも第１のバーナー（２０）を具備しているエネルギ生成ユニット、特に電気エネルギ生成ユニットにおいて、
前記断熱容器（３）は前記第１のバーナー（２０）から導入された燃焼ガス（Ｆ）によって加熱され、
前記ユニットは、前記断熱容器（３）を加熱する燃焼ガス（Ｆ）の温度を、約２００℃から少なくとも８００℃の範囲で制御可能な温度調節手段（４）を具備していることを特徴とするエネルギ生成ユニット。
【請求項２】
前記断熱容器（３）には、前記第１のバーナー（２０）によって放出された赤外線放射に対して、前記断熱容器（３）を保護するための少なくとも１つの放射シールド（３１）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のユニット。
【請求項３】
前記温度調節手段（４）は少なくとも１つの熱交換器（４１）を具備していることを特徴とする、請求項１または２に記載のユニット。
【請求項４】
前記温度調節手段（４）は前記第１のバーナー（２０）に混合燃料を供給するための可変供給コントローラ（４２）を具備していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項５】
前記第１のバーナー（２０）は触媒燃焼型であることを特徴とする、請求項４に記載のユニット。
【請求項６】
前記温度調節手段（４）は調整可能な冷気導入部（４３）を具備し、該冷気導入部は、前記断熱容器（３）が加熱される前に、前記第１のバーナー（２０）から導入された前記燃焼ガス（Ｆ）を冷却するために使用されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項７】
前記燃料電池（１）は固体酸化物型であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項８】
前記ユニットは熱交換器（５１）と熱回路（５２）とを含んだ熱循環手段（５）を具備し、前記ユニットは熱および電気を同時に生成することが可能であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項９】
前記温度調節手段（４）の熱交換器（４１）は、前記熱循環手段（５）の熱交換器（５１）と並列に組みつけられていることを特徴とする、請求項３および８に記載のユニット。
【請求項１０】
前記ユニットは、前記熱循環手段（５）の熱交換器（５１）に熱的に連結された第２のバーナー（６）を具備していることを特徴とする、請求項８に記載のユニット。
【請求項１１】
前記燃料電池（１）は可燃性ガスを供給され、前記ユニットは燃焼していない前記可燃性ガスを誘導するリサイクル導管（７１）を具備し、燃焼していない前記可燃性ガスは前記バーナー（２０）に向かって前記燃料電池１から排出されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項１２】
前記ユニットは、前記熱交換器（５１）に向かって前記燃料電池（１）から排出される燃焼したガスを誘導する冷却導管（７２）を具備していることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全体的にエネルギ生成のための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
より正確には、本発明はエネルギ生成ユニット、特に電気的エネルギの生成ユニットに関するものであり、断熱容器内に密閉された燃料電池と、この燃料電池に熱的に接続されて、少なくとも燃料電池の温度上昇を可能にしている熱源とを具備し、この熱源は少なくとも１つの第１のバーナーを具備している。
【０００３】
この形式のユニットは例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、および特許文献４に記載されている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／１３４１６８号明細書
【特許文献２】国際公開第２００６／０７２６５２号パンフレット
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／２２９０９６号明細書
【特許文献４】国際公開第２００５／０３８９７３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それらは当業者には徐々に知られるようになってきたが、この形式のエネルギ生成ユニットはデザインと操作上の制約とに常に関連しており、今日における制約は技術的および経済的進歩である。
【０００５】
特に、燃料電池が、ゆっくりとした且つ空間的に均一な温度上昇した後においてのみ機能できる限り、今のところは抵抗内の電流の循環によって燃料電池を加熱し、燃料電池自身が電力を生成する前でさえ電流源に頼る必要がある。
【０００６】
本発明の詳細な目的は本明細書内に記載されており、エネルギ生成ユニットをこの欠点から解放するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的のために、本発明によるエネルギ生成ユニットは、上述の序文で提供された一般的な定義に沿っており、基本的に断熱容器は第１のバーナーから導入された燃焼ガスによって加熱され、ユニットは、断熱容器を加熱する燃焼ガスの温度を、約２００℃から少なくとも８００℃の範囲で制御可能な温度調節手段を具備していることを特徴とする。
【０００８】
従って、本発明において使用される燃料電池は、燃料の消費によって操作状態に置かれることが可能であり、例えば、電力源に頼ることを必要とすることなく、燃料電池内で使用される燃料の消費である。
【０００９】
好適には、断熱容器には第１のバーナーによって放出された赤外線放射に対して、この前記断熱容器を保護するための少なくとも１つの放射シールドが設けられている。
【００１０】
温度調節手段は、少なくとも１つの熱交換器および／または第１のバーナーに混合燃料を供給するための可変供給コントローラを具備している。従って、例えば触媒燃焼型のバーナーから成り、且つ／または調整可能な冷気導入部を具備し、その冷気導入部は、断熱容器が加熱される前に、前記第１のバーナーによって生成された前記燃焼ガスを冷却するために使用される。
【００１１】
燃料電池は有利には固体酸化物型であり、高温に耐えることが可能である。
【００１２】
本発明によるエネルギ生成ユニットは、熱交換器と熱回路とを含んだ熱循環手段を具備していてもよく、従って、このユニットは熱および電気を同時に生成することが可能である。
【００１３】
この場合、温度調節手段の熱交換器は、熱循環手段の熱交換器と並列に組みつけられている。
【００１４】
本発明によるエネルギ生成ユニットは、熱循環手段の熱交換器に熱的に連結された第２のバーナーを具備していてもよい。
【００１５】
例えば、燃料電池は可燃性ガスを供給され、このユニットは燃焼していない可燃性ガスを有利に誘導するリサイクル導管を具備し、前記燃焼していない可燃性ガスは前記バーナーに向かって前記燃料電池１から排出される。
【００１６】
最適化された利点を確実にするために、本発明によるエネルギ生成ユニットには、熱交換器に向かって燃料電池から排出される燃焼したガスを誘導する、冷却導管が設けられていてもよい。
【００１７】
本発明の他の特徴および利点は、添付図を参照すると共に、限定的ではない実施形態を利用した以下の記載からより明確になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
上述のように、本発明はエネルギ生成ユニットに関するものであり、そのユニットは、好適には電力を生成することが可能な固体酸化物型の燃料電池１と、燃料電池１に熱的に連結された熱源２とを具備し、熱源２は、少なくともこの燃料電池１の温度上昇を可能にしている。
【００１９】
本発明によると、熱源２は基本的に放射バーナー２０から成り、燃料電池１は断熱容器３（図１）内に密閉されており、バーナー２０からの燃焼ガスＦによって加熱されている。
【００２０】
明確化のために、燃料電池１を囲繞している容器３は、図２および図５からは意識的に省略されている。
【００２１】
燃料電池１の温度Ｔ３を制御するために、本発明の生成ユニットも、容器３を加熱している燃焼ガスＦの温度Ｔ２を約２００〜１１００℃の範囲で制御するために設計された温度調節手段４（図２〜５）を具備しており、例えば、この温度は少なくとも８００℃よりも高い温度に制御されている。
【００２２】
燃料電池１内の温度勾配は、１つ以上の放射シールド３１を備えた容器３を設置することによってさらに減少され、そのシールドの機能は、バーナー２０によって放出された赤外線放射に対して、この容器３を保護するものである。
【００２３】
図２〜５は本発明の特に有利な実施形態を示しており、本発明の生成ユニットが、熱交換器５１および熱回路５２を含んだ熱循環手段５を具備しており、従って、このユニットは電気および熱を同時に生成することが可能であって、特に、熱水タンクＢおよび／または１つ以上のラジエータＲ内の水の加熱のためのエネルギである。
【００２４】
図２および３に示された実施形態において、燃料電池１の温度調節手段４は、基本的にこの調節専用の少なくとも１つの熱交換器４１を具備している。
【００２５】
しかしながら、図２〜５に示された本発明による生成ユニットは、電気だけでなく熱も供給する目的であるため、温度調節手段４は、好適にはより完全な調節システム内に統合されており、命令ユニットＵ＿ＣＯＭＭ、温度センサ、および流量制御バルブも具備しており、これらの部品は一点鎖線で示された通信リンクによって互いに連結されている。
【００２６】
命令ユニットＵ＿ＣＯＭＭはセンサからの情報に関連する温度を収集している。その温度はＴ１〜Ｔ８までの生成ユニットの異なった場所で測定されたものであり、異なった流量制御バルブを操作することによって、この情報をＤ１〜Ｄ６のような流速に適合させる処理を行っている。
【００２７】
図２に示された実施形態において、バーナー２０はバルブ４２を介して空気Ａと可燃性ガスＧＮとを供給され、そのバルブはこのバーナーに混合燃料を供給するための可変供給コントローラとして作動している。
【００２８】
可燃性ガスＧＮは流速Ｄ１でバーナー内に進入し、通気装置ＶＥＮＴＩＬによって送り込まれる空気は流速Ｄ２でこのバーナー内に進入する。
【００２９】
燃焼ガスＦはバーナー２０から導入され、温度Ｔ１で熱交換器４１に到達するが、可変流速Ｄ５において熱交換器４１内で水循環することによって、温度Ｔ２まで冷却され、少なくとも温度Ｔ１に関連した命令ユニットＵ＿ＣＯＭＭによって残留温度Ｔ２へと調節される。その温度Ｔ２は、燃焼ガスが容器３に到達し、この容器を加熱して燃料電池の温度がＴ３となったときの、燃焼ガスＦの理想的な温度である。
【００３０】
燃料電池１は、バルブ４４を介して可燃性ガスＧＮと空気Ａとともにそれ自身供給され、そのバルブは、このセルのためのおよび個々の流速Ｄ３およびＤ４における可変供給コントローラとして作動する。
【００３１】
燃料電池１は電力供給のための出力部１１を備え、その電力はインバータＯＮＤＵＬによって電圧変換後、任意の形式のアプリケーションに使用可能である。
【００３２】
燃料電池１は冷却導管７２に接続された出力部１２および１３も具備しており、冷却導管７２は、燃料電池１のこれらの出力部において供給される燃焼した高温のガスを熱交換器５１に向かって誘導し、従って、これらのガスはダクトＥＶＡＣによって熱交換器５１の下流に排出される。
【００３３】
最後に、燃料電池１はリサイクル導管７１に接続された出力部１４を具備し、リサイクル導管７１は、部分的に燃焼していない可燃性ガスを再誘導し、この出力部１４を介してバーナー２０に向かって燃料電池１から排出される。
【００３４】
図２および３に示された実施形態において、加熱手段５の回路５２は、一般的に温度Ｔ６の冷水ＡＬＩＭの供給設備と温度Ｔ７の熱水の消費備ＣＯＮＳＯとを具備し、そのようなタップは熱水タンクＢおよびラジエータＲである。
【００３５】
燃料電池１の温度調節に使用されている熱交換器４１は、この回路５２内に統合されており、熱交換器５１と並列に組みつけられている。
【００３６】
熱回路５２は２つのポンプＰ１およびＰ２を具備し、それらの個々の流速Ｄ５およびＤ６は命令ユニットＵ＿ＣＯＭＭによって調節されており、熱交換器４１の上流の温度Ｔ１および下流の温度Ｔ２、燃料電池の温度Ｔ３、ならびに熱交換器５１の上流の温度Ｔ４および下流の温度Ｔ５に少なくとも関連して調節されている。状況に応じて、冷水の温度Ｔ６および熱水の温度Ｔ７との間の差にも関連して調節されている。
【００３７】
図３に示されている実施形態は、図２に示されている実施形態とは異なっており、その差異は、図４および５の実施形態のように、熱交換器５１に熱的に連結された第２のバーナーを統合している点である。
【００３８】
追加のバーナー６は、バルブ６１を通じて空気Ａと可燃性ガスＧＮとを供給され、そのバルブはこのバーナーに混合燃料を供給するための可変供給コントローラとして作動している。
【００３９】
バルブ６１は、少なくとも冷水の温度Ｔ６と熱水の温度Ｔ７とに関連した命令ユニットＵ＿ＣＯＭＭによって操作され、可燃性ガスＧＮを流速Ｄ７でバーナー内に噴射し、同様に空気が流速Ｄ８で通気装置ＶＥＮＴＩＬによって送り込まれる。
【００４０】
図４に示されている実施形態は、図３に示されている実施形態とは異なっており、温度調節手段４として、熱交換器４１ではなく調整可能な冷気導入部４３を使用しており、その導入部は容器３を加熱する前にバーナー２０から導入される燃焼Ｆガスを冷却するために使用するものである。
【００４１】
燃焼ガスＦと共に混合領域ＺＭに到達する冷気の流速はバルブ４３によって制御され、バルブ自身は領域ＺＭの少なくとも上流の温度Ｔ１および下流の温度Ｔ２、並びに燃料電池の温度Ｔ３に関連して、命令ユニットＵ＿ＣＯＭＭによって制御されている。
【００４２】
図４に示された実施形態を補完するために、バーナー２０として、好適には触媒燃焼装置としてもよく、その燃焼ガスＦは温度Ｔ１であり、その温度は例えばわずか６００℃の比較的低い数値に下げて調整することも可能である。
【００４３】
その触媒燃焼装置と共に、図５に示された実施形態を補完することを考慮することも可能であり、これまでに示された実施形態とは異なって、調節手段４としてバーナー２０に供給する供給バルブ４２を使用するだけでも可能である。
【００４４】
この場合、熱交換器４１および混合領域ＺＭがなくなり、燃料電池１の容器３に到達する燃焼ガスの温度Ｔ２は、バーナー２０から排出される燃焼ガスの温度Ｔ１に統合される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明によるユニットに使用されている燃料電池の周辺の状況を示した図である。
【図２】本発明による生成ユニットの第１の可能な実施形態を示した図である。
【図３】本発明による生成ユニットの第２の可能な実施形態を示した図である。
【図４】本発明による生成ユニットの第３の可能な実施形態を示した図である。
【図５】本発明による生成ユニットの第４の可能な実施形態を示した図である。
【符号の説明】
【００４６】
１          燃料電池
２          熱源
３          断熱容器
４          温度調節手段
５          熱循環手段
６          第２のバーナー
１１，１２，１３，１４    出力部
２０        放射バーナー
３１        放射シールド
４１，５１  熱交換器
４２        バルブ（可変供給コントローラ）
４３        バルブ（冷気導入部）
５２        熱回路
Ｂ          熱水タンク
Ｒ          ラジエータ
Ｆ          燃焼ガス
ＧＮ        可燃性ガス
Ａ          空気
ＺＭ        混合領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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